LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA

(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 7. C3H5NO 71

(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 F3

(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 = 98 x 25,3638 = 2485,6506 kg/jam

(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 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 = 839,9470 kg/jam umpan = 2 x 24,7043 = 49,4086 kmol/jam

(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

= 0,53788 x 2894,4716 kg/jam = 1556,8749 kg/jam

(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.

Untuk efisiensi alat centrifuge 98% dan di dalam air pengotor terkandung amoniak dan ak krilonitril masing-masing 2% dari umpan masuk sehingga diperoleh neraca massa sebagai berikut :

(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 = 456,6447 kg/jam

(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 2SO4 = 14,9139 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)

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

(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

ammonium sulfat yang terikut bersama udara dipisahkan di cyclon dan dikembalikan sebagai produk

(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 mpelarut . S

pelarut + massa akrilamida +

BM anhidrat C BM C3H5NO . H2O

(Geankoplis,1997) 0,2268 x 2013,5196 =_{100 + 215,5 S +}100 18_{89 C}

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

Neraca massa basis akrilamida

xakrilamida . F =_m makrilamida . S

pelarut + massa akrilamida +

BM anhidrat C BM C3H5NO . H2O

(Geankoplis,1997) 0,7732 x 2013,5196 =_{100 + 215,5 S +}215,5 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

493,4627 = 0,2165 S + 0,2529 C -181,5548 = -0,1147 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 Impuritis = 1,5772 kg/jam O = 320,1024 kg/jam

(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 1584,3060

(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. H_VL (Smith, 2005)

- Untuk sistem yang melibatkan perubahan fasa persamaan yang digunakan adalah

∫

2 =

∫

+ ∆ + 2 1 1 T T v T T T T Vl l b b dT Cp H dT Cp CpdT (Reklaitis, 1983)

- Perhitungan energi untuk sistem yang melibatkan reaksi :

∫

− + ∆ = 2 1 2 1 ) ( T T out T T out r T N CpdT N CpdT H r dt dQ _{(Reklaitis, 1983)} LB.1 Kapasitas Panas LB.1.1 Kapasitas Panas Gas

Cp= A+ BT + CT2 + DT3 + ET

∫_𝑇𝑇𝑇𝑇₁2Cp 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:

)]

Cp = kapasitas panas cairan, kJ/kmol 0

T = suhu,

K 0

A,B,C,D = konstanta K

(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 - - (Sumber : Perry, 1999)

(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

LB. 2 PERHITUNGAN NERACA PANAS LB.2.1 Neraca Panas di Sekitar Reaktor (R-01)

(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) ∫_298,15363,15𝐶𝐶𝐶𝐶𝑑𝑑𝑇𝑇(kJ/kmol) Q (kJ/jam) 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) ]

= ∫_298,15323,15[Cp H₂O_(l)]dT - ∫_298,15303,15[Cp H₂O_(l)]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 =_H₍_{323,15 K}₎₋𝑄𝑄_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}

298,15 (kJ/kmol) Q (kJ/jam) 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 Panas reaksi = r x ∆Hr = 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) ]

= ∫_298,15323,15[Cp H₂O_(l)]dT - ∫_298,15303,15[Cp H₂O_(l)]dT

= 1878,90978 – 374,7054825 J/mol

= 83,566905 kJ/kg

𝑚𝑚 =_H₍_{323,15 K}₎₋𝑄𝑄_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}

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

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 Panas reaksi = r x ∆Hr = 21,9278149 kmol/jam x -0,2667829 kJ/mol = -5,84997kJ/jam

Q = r.ΔH reaksi + Qout -Qin

= [-5,84997+ 1.497.392,7219 – 46.186,7164] kJ/jam = 1.451.200,1555kJ/jam

(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) ]

= ∫_298,15323,15[Cp H₂O_(l)]dT - ∫_298,15303,15[Cp H₂O_(l)]dT

= 1878,90978 – 374,7054825 J/mol

= 83,566905 kJ/kg

𝑚𝑚 =_H₍_{323,15 K}₎₋𝑄𝑄_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} 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 4.491,104232 127.946,8306 Total 1.497.392,7219

(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}

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

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= _H₍_{323,15 K}₎₋𝑄𝑄_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) ] = ∫_298,15323,15[Cp H₂O_(l)]dT - ∫_298,15303,15[Cp H₂O_(l)]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}

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

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}

298,15 (kJ/kmol) Q(kJ/jam) 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 Total 275.994,0548

(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 m = 149404,0573 gr/jam m = 149,4040kg/jam

(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 Total _324.736,2804

(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) ]

= ∫_298,15323,15[Cp H₂O_(l)]dT - ∫_298,15303,15[Cp H₂O_(l)]dT

= 1878,90978 – 374,7054825 J/mol

= 83,566905 kJ/kg

𝑚𝑚 =_H₍_{323,15 K}₎₋𝑄𝑄_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) ]

= ∫_298,15323,15[Cp H₂O_(l)]dT - ∫_298,15303,15[Cp H₂O_(l)]dT

= 1878,90978 – 374,7054825 J/mol

= 83,566905 kJ/kg

𝑚𝑚 =_H₍_{323,15 K}₎₋𝑄𝑄_H₍_{303,15 K}₎

𝑚𝑚 =270253,9910 _{83,566905 kJ/kg} kJ/jam 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 Total 659.941,8781

(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 m = 1242240,23gr/jam m = 1242,24023kg/jam

(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 Steam t = 180 0C

(43)

λ steam = Hv – Hl

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

= 2014,98 kJ/kg

Steam yang diperlukan adalah :

𝑚𝑚 =_λ_{pada 373,15 K}𝑄𝑄

𝑚𝑚 =1447588,3880_{2014,98 kJ/kg} kJ/jam m =718,413kg/jam

(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 Kebutuhan perancangan = 15 hari Faktor kelonggaran = 20 % Perhitungan:

(45)

a. Volume tangki Volume larutan,Vl ₃ / 699,727 / 24 15 / 1357,8590 m kg hari jam hari jam kg × × = = 698,5995 m Volume tangki, V 3 t = (1 + 0,2) x 698,5995 m3 = 838,3194 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 ) h 2 24 3 x D π = (Walas,1988) - Volume tangki (V) V = Vs + Vh 838,3194 m 3 3 96 34 D π = Di H = 8,7683 m = 345,208 in s

c. Diameter dan tinggi tutup

= 10,9604 m

Diameter tutup = diameter tangki = 8,7683 m

Hh 9,0995 4 1 Hh ×       = ×       D D = = 2,1921 m Ht (Tinggi tangki) = Hs + 2Hh = 15,3445 m

d. Tebal shell tangki

Tinggi cairan dalam tangki = ₃ 3 838,3194 698,5995 m m x 10,9604 m = 9,1336 m PHidrostatik = 699,727 kg/m = ρ x g x l 3 x 9,8 m/det2 = 62,6324 kPa x 9,1336 m

(46)

Pdesign

Joint efficienc (E) = 0,8 (Brownell,1959) = (1,05) (62,6324 + 101,325) = 172,1553 kPa

Allowable stress (S) = 12500 psia = 86184,5 kPa (Brownell,1959) Faktor korosi = 0,125 in/tahun

Umur alat = 10 tahun

Tebal shell tangki:

in 1,6816 125 , 0 10 kPa) (172,1553 1,2 kPa)(0,8) (86184,5 2 in) (345,208 kPa) (172,1553 . 1,2P 2SE PD t = + − = + − = x C n

Tebal shell standar yang digunakan = 2 in (Brownell,1959)

e. Tebal tutup tangki

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 Waktu simpan (hari) Volume tangki (m3 Diameter ) tangki (m) Tinggi tutup (m) Tinggi tangki (m) Jumlah (unit) (T – 01) 15 838,3194 8,7683 2,1921 15,3445 1 (T – 02) 15 593,4269 7,8145 1,9536 13,6754 1 (T – 03) 15 593,6963 7,8157 1,9539 13,6774 1 LC.2 Pompa

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

2. P-02 : memompa fluida dari T-01 menuju R-01 3. P-03 : memompa fluida dari R-01 menuju R-02 4. P-04 : memompa fluida dari R-02 menuju R-03 5. P-05 : memompa fluida dari R-03 menuju R-04

(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 ft2

3 / 0,01903 ft s

(48)

Bilangan Reynold : NRe µ ρ×v×D = = lbm/ft.s 0,0002076 ) ( 0,1583 ) / 1,8304 )( / 43,6824 ( lbm ft3 ft s ft = 44288,3933 (Turbulen)

Untuk pipa commercial steel, harga ε = 0,000046 (Geankoplis,1983) Pada NRe ft ft 0,1583 000046 , 0 = 44288,3933 dan ε/D = = 0,001312333

Dari Fig.2.10-3 Geankoplis,1983 diperoleh harga f = 0,0053

Friction loss :

1 Sharp edge entrance= hc _α 2 1 2 1 2 v A A       − = 0,55 = 0,55

(

) ( )(

)

174 , 32 1 2 1,8304 0 1 2 − = 0,9213 ft.lbf/lbm 2 elbow 90° = hf c g v . 2 2 = n.Kf. = 2(0,75) ) 174 , 32 ( 2 8304 , 1 2 = 0,0781 ft.lbf/lbm 1 check valve = hf c g v . 2 2 = n.Kf. = 1(2,0) ) 174 , 32 ( 2 8304 , 1 2 = 0,1041 ft.lbf/lbm Pipa lurus 20 ft = Ff c g D v L . 2 . . 2 ∆ = 4f = 4(0,0053)

( )(

)

(

0,1342

) (

.2.32,174

)

1,8304 . 20 2 = 0,1920 ft.lbf/lbm

1 Sharp edge exit = hex

c g v A A . . 2 1 2 2 2 1 α       − = 0,55 = 0,55

(

) ( )(

)

174 , 32 1 2 1,8304 0 1 2 − = 0,0155 ft.lbf/lbm

Total friction loss : ∑ F = 0,7635 ft.lbf/lbm Dari persamaan Bernoulli :

(49)

(

)

(

)

0 2 1 2 1 1 2 2 1 2 2 +∑ + = − + − + − F Ws P P z z g v v ρ α (Geankoplis,1983) dimana : v1 = v P 2 1 = 101,325 kPa = 2116,2281 lbf P /ft² 2 = 101,325 kPa = 2116,2281 lbf ρ P ∆ /ft² ; = 0 ∆Z = 5 ft Maka :

( )

5 0 1,3242 . / 0 . / . 174 , 32 / 174 , 32 0 ₂ 2 = + + + + ft ftlbf lbm Ws s lbf lbm ft s ft Ws = 6,324 ft.lbf/lbm P = 0,00956hp 550 43,6824 0,01903 6,324 550 Q Ws× ×ρ = − × × =

Effisiensi pompa , η= 75 % (Fig. 10.62 Coulson)

Effisiensi motor = 0,80 % (Tabel 3.1 Coulson)

Daya pompa : P = 0,0159hp 8 , 0 75 , 0 0,0956 = x

Maka digunakan daya standar = 1/4 hp

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

Pompa Laju Alir (kg/jam) D optimum (in) ID (in) V (ft/s) ΣF Daya (hp) Daya standar (hp) P – 01 1357,8590 1,07 1,38 1,8304 0,7635 0,0159 1/4 P – 02 2485,6506 1,06 1,38 1,3929 0,7668 0,0266 1/4 P – 03 2942,1987 1,15 1,38 1,6487 0,3501 0,0292 1/4 P – 04 4300,0577 1,21 1,38 1,6687 1,1005 0,0487 1/4 P – 05 4300,0577 1,19 1,38 0,7121 0,0538 0,0403 1/4 P – 06 839,947 0,81 1,049 1,6335 0,4450 0,0085 1/4 P – 07 5140,0047 1,81 2,067 2,4457 0,6348 0,0537 1/4 P – 08 2171,2440 1,61 2,067 2,4048 2,1546 0,0288 1/4 P – 09 586,9380 0,80 1,049 1,7820 1,3758 0,00694 1/4

(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 %

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 :

: 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 ) h 2 24 3 x D π = (Walas,1988)

(51)

- Volume tangki (V) V = Vs + Vh 1,2435 m 3 3 96 34 D π = Di H = 0,9448 m = 37,1969 in s = 1,181 m

Diameter tutup = diameter tangki = 0,9448 m

Hh 0,9448 4 1 Hh ×       = ×       D D = = 0,2362 m Ht (Tinggi tangki) = Hs + 2Hh = 1,6534 m

d. Tebal shell tangki

Tinggi cairan dalam tangki = ₃ 3 1683,21 1,0488 m m x 1,181 m = 0,9842 m PHidrostatik = 1683,21 kg/m = ρ x g x l 3 x 9,8 m/det2 P x 0,9842 m = 27,216 kPa 0 Faktor kelonggaran = 20 %

= Tekanan operasi = 101,325 kPa

Pdesign

Allowable stress (S) = 12.500 psia = 86.184,5000 kPa (Brownell,1959) Faktor korosi = 0,125 in/tahun

Tebal shell tangki:

in 1,2864 125 , 0 10 kPa) 8 1,2(134,96 kPa)(0,8) 000 2(86.184,5 in) (37,1969 kPa) (134,968 . 1,2P 2SE PD t = + − = + − = x C n

Tebal shell standar yang digunakan = 1 1/2 in (Brownell,1959)

(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

Perhitungan

a. Menghitung laju alir volumetrik (Fv) Fv =_ρmassa total_campuran

FvA =1357,8590 kg/jam_{699,727 kg/m}₃ = 1,9405543 m3/jam

FvA = 1940,5543 liter/jam

(54)

b. Menghitung konsentrasi awal (C0 CA0 = FA_Fv0

A =

25,3638 kmol

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

CB0 =FB_Fv0

B =

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 =CB_CA0 0 = 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�CA_CA0�= ln�_0,0013070,01307 �= 2,302585 -rA = 0,00301 kmol.jam/liter = 2,302585 (0,001307)

d. Menghitung volume reaktor (V) V =_{k. CA}FA0. xA 0(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 3

(55)

e. Menghitung volume cairan (V0 V0 =_ρmassa total_campuran

V0 =4300,058 kg/jam_{1070,59 kg/m}₃

)

V0 = 4,0165 m3/jam

f. Menghitung waktu tinggal dalam reaktor (τ)

τ= _VV

0 =

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

g. Menghitung Diameter (Di) dan Tinggi Reaktor (HR Direncanakan :

)

: D = 5 : 4) h

- Volume shell reaktor ( V

: D = 1 : 4) s V ) s π 4 1 = Di2 V H s 3 16 5 D π =

- Volume 2 tutup reaktor (Vh V ) h 2 24 3 x D π = (Walas,1988) - Volume reaktor (V) V = Vs + Vh 9,1022 m 3 3 96 34 D π =

(56)

Diameter tutup = diameter reaktor = 1,9416 m

Hh 1,9416 4 1 Hh _×       = ×       D D = = 0,4854 m Ht (Tinggi reaktor) = Hs + 2Hh = 3,3978 m

d. Tebal shell reaktor

Tinggi cairan dalam reaktor =

3 3 9,1022 4,0165 m m x 2,4701 m = 1,0710 m PHidrostatik = 1070,59 kg/m = ρ x g x l 3 x 9,8 m/det2 P x 1,0710 m = 11,236 kPa 0 Faktor kelonggaran = 5 %

= Tekanan operasi = 101,325 kPa

Pdesign

Allowable stress (S) = 12.500 psia = 86.184,5000 kPa (Brownell,1959) Faktor korosi = 0,125 in/tahun

Tebal shell reaktor:

Tebal shell standar yang digunakan = 1 1/2 in (Brownell,1959)

e. Tebal tutup reaktor

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 Da 2 ρ = NRe 0,0043746 ) 1,5925 ( 1 1070,59_x 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 Daya motor (Pm) = P/ 0,8

(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 Waktu tinggal (jam) Volume reaktor (m3 Diameter ) reaktor (m) Tinggi tutup (m) Tinggi reaktor (m) Jumlah (unit) (R – 01) 2,2662 9,1022 1,9146 0,4854 3,3978 1 (R – 02) 2,2662 9,1022 1,9146 0,4854 3,3978 1 (R – 03) 3 14,3880 2,2618 0,5654 3,9581 1

Tabel LC.4 Spesifikasi Pengaduk

Reaktor Diameter impeller (ft) Tinggi turbin (ft) Panjang blade (ft) Lebar blade (ft) Lebar baffle (ft) Daya motor (Hp) (R – 01) 1,5925 1,5925 0,3981 0,3185 0,5308 0,3046 (R – 02) 1,5925 1,5925 0,3981 0,3185 0,5308 0,3046 (R – 03) 1,8551 1,8551 0,4638 0,3710 0,6184 0,7850

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 m3/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

P hidrostatik = (H₁₄₄−1)ρa= (6,4931₁₄₄−1)62,16= 2,3711 psia

P desain = (1+0,2){(14,7 psia x 1) + 2,3711 psia} = 20,0111 psia = 137,9718 kPa Tebal dindingjaket:

Tebal jaketstandar yang digunakan = 1 3/8 in (Brownell,1959) Diameter luar jaket (D2) = D1 + 2 . tebal jaket

= 90,6669 in + ( 2 x 1,375 in ) = 93,323 in

Luas yang dilalui air pendingin (A) A = 𝜋𝜋

4(D2

2

-D12) = 𝜋𝜋₄( (90,66692 – 93,3232) = 0,2475m2 Kecepatan air pendingin (v)

V = Qw_{A =}37,2314 m_{0,2475 m}3/jam ₂ = 150,4288 m/jam = 0,0418 m/s

Tabel LC.5 Spesifikasi Jaket Pendingin

Reaktor Diameter dalam (in) Diameter luar (in) Tebal jaket (in) Luas dilalui air pendingin (m2 Tebal jaket standar ) (in) Jumlah (unit) (R – 01) 90,6669 93,323 1,3281 0,2475 1 3/8 1 (R – 02) 82,3391 84,9764 1,3187 0,2235 1 3/8 1 (R – 03) 90,5384 93,1942 1,3279 0,2471 1 3/8 1

(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 = _0,0109xrxNFc ₂ (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/m 3 968,91 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

- Tebal belt conveyer = 3 in - Power tripper = 2 Hp

(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)

Tinggi elevasi = 25 ft = 7,62 m Ukuran bucket = 8 x 51/2 x 71/4 in Jarak antar bucket = 8 in

(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)

- Waktu siklus (tc) = 5 menit = 300 s - Bagian filter yang tercelup (f) = 30%

(64)

1/2

1/2 Perhitungan:

Menghitung Luas Filter V A. tc = � 2. f.∆P tc.μ.α. Cs� (Geankoplis, 1997) 𝑚𝑚 =massa _massa𝑤𝑤𝑤𝑤𝑤𝑤_{𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑}𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑤𝑤_{𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑤𝑤} = 2939,003_{2894,47 = 1,0154}

Cx = massa _massa𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑_{𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑}𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑤𝑤 =_{(4482,8987 + 2939,003)kg/jam = 0,39}2894,47 kg/jam

Cs =₁₋ρ. C_{m. C}x x = 995,3249. 0,39 1−1,0154 .0,39 = 642,6511 kg padatan/m3filtrat 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_{2 = 4,167 m}

(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 =_tcf

(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

= 6479,283 lb/jam B = 5D0,5 = 5(,3770ft )0,5

(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 :

Dc = 3 ft Bc = 0,75 ft Hc = 1,5 ft Lc = 6 ft