LA-1
LAMPIRAN A
PERHITUNGAN NERACA MASSA
Kapasitas produksi CaCl2 = 5.000 ton/tahun
1 tahun = 330 hari kerja
1 hari = 24 jam kerja
Kapasitas tiap jam
ton 1
kg 1.000 jam
24 hari hari
330 tahun 1 tahun
ton 000 .
5 x x x
= 631,313 kg/jam Kemurnian dari CaCl2 adalah 97,08 %, maka : Jumlah CaCl2 = 97,08% x 631,313 kg/jam
= 612,417 kg/jam
A.1 Penentuan Komposisi Bahan Baku
Komposisi cangkang kerang (Awan-Hazmi et al, 2012) : 98,7 % CaCO3 : 550,410 kg/jam
0,4 % MgCO3 : 2,231 kg/jam 0,9 % NaCl : 5,019 kg/jam
Total : 557,660 kg/jam
A.2 Perhitungan Neraca Massa A.2.1 Tangki Pelarutan (TP-01)
Fungsi : Untuk melarutkan Asam Klorida (HCl) dalam air. H2O(l) (2)
HCl(aq) 37% (1) (3) HCl(aq) 30%
H2O(l) 63% H2O(l) 70%
LA-2
Neraca Massa Total : F1 + F2 = F3
1.090,177 + 254,375 = 1.344,551
1.344,551 kg/jam = 1.344,551 kg/jam
Laju Alir Massa Komponen :
HCl : F1HCl = 1.090,177 kg/jam x 37% = 403,365 kg/jam
F1HCl = F3HCl = 403,365 kg/jam H2O : F1H2O = 1.090,177– 403,365
= 686,811 kg/jam
F3H2O = 403,365 kg/jam x 7/3
= 941,186 kg/jam
F2H2O = F3H2O - F1H2O = 941,186 - 686,811
= 254,375 kg/jam
Tabel LA.1 Neraca Massa pada Tangki Pelarutan (TP-01) Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)
Alur 1 Alur 2 alur 3
HCl 403,365 403,365
H2O 686,811 254,375 941,186 Subtotal 1.090,177 254,375 1.344,551
LA-3
A.2.2 Reaktor Asam (R-01)
Fungsi : Untuk mencampur CaCO3 dan MgCO3 dengan HCl. HCl 30%
H2O 70% (3) (5) CO2
CaCO3 (4) (6) CaCO3 CaCl2
MgCO3 MgCO3 H2O
HCl
NaCl NaCl MgCl2
Gambar LA.2 Aliran Proses pada Reaktor Asam Reaksi yang terjadi di dalam Pencampur :
I. CaCO3(s) + 2 HCl(aq) CaCl2(s) + H2O(l) + CO2(g) II. MgCO3(s) + 2 HCl(aq) MgCl2(s) + H2O(l) + CO2(g) Untuk reaksi I :
XCaCO3 = 0,99 (William, dkk, 2002) N CaCO3 =
r = 0,99 . 5,599 = 5,444 kmol
Mis : F1HCl mula-mula = y1 * Mr HCl = B1HCl / XCaCO3* Mr HCl
CaCO3(s) + 2 HCl(aq) CaCl2(s) + H2O(l) + CO2(g)
M : 5,499 y1 - - -
B : 5,444 10,888 5,444 5,444 5,444 S : 0,055 y1 - 10,888 5,444 5,444 5,444
Untuk reaksi II :
XMgCO3 = 0,90 (Medjell, 1994) N MgCO = 0,026kmol
32 , 84
231 , 2
r = 0,90 . 0,026 = 0,024 kmol
Mis : F2HCl mula-mula = y2 * Mr HCl = B2HCl / XMgCO3 * Mr HCl
MgCO3(s) + 2 HCl(aq) MgCl2(s) + H2O(l) + CO2(g)
M : 0,026 y2 - - -
R-01
kmol 499 , 5 09 , 100
410 , 550 CaCO
BM
masuk yang CaCO Massa
3
LA-4
B : 0,024 0,048 0,024 0,024 0,024 S : 0,002 y1 - 0,048 0,024 0,024 0,024
Dari kedua reaksi di atas diperlukan total jumlah HCl mula- mula sebanyak : F1HCl = F3HCl = F1HCl mula-mula + F2HCl mula-mula
= (B1HCl / XCaCO3 * Mr HCl) + (B2HCl / XMgCO3 * Mr HCl) = (10,888/ 0,99 * 36,46) + (0,048/ 0,9 * 36,46)
= 401,434 + 1,931 = 403,365 kg/jam
Neraca Massa Total:
F4 + F3 = F5 + F6 557,660 + 1.344,551 = 240,648 + 1.661,562 1.902,211 kg/jam = 1.902,211 kg/jam
Laju Alir Massa Komponen:
MgCO3 : F6MgCO3 = F4MgCO3– r2 Mr MgCO3 = 2,231 – 0,024. 84,32 = 0,223 kg/jam
NaCl : F6NaCl = F4NaCl = 5,019 kg/jam CaCO3 : F6CaCO3 = F4CaCO3– r1 Mr CaCO3
= 550,410 – 5,444 . 100,09 = 5,504 kg/jam
HCl : F6HCl = F3HCl– r1 Mr HCl – 2.r2 Mr HCl = 403,365–5,444 . 36,5 – 2.0,024 . 36,5 = 4,634 kg/jam
CO2 : F5CO2 = r1 Mr CO2 + r2 Mr CO2 = 5,444 . 44 + 0,024 . 44 = 240,648 kg/jam CaCl2 : F6CaCl2 = r1 Mr CaCl2
LA-5
MgCl2 : F6MgCl2 = r2 Mr MgCl2 = 0,024 . 95,21 = 2,267 kg/jam
H2O : F6H2O = F3H2O + r1 Mr H2O + r2 Mr H2O
= 941,186 + 5,444 . 18,016 + 0,024 . 18,016 = 1.039,696 kg/jam
Tabel LA.2 Neraca Massa pada Reaktor Asam (R-01) Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)
Alur 4 Alur 3 alur 5 alur 6 CaCO3 550,410 5,504 MgCO3 2,231 0,223 NaCl 5,019 5,019 HCl 403,365 4,634
MgCl2 2,267
CaCl2 604,220
H2O 941,186 1.039,696
CO2 240,648
Subtotal 557,660 1.344,551 240,648 1.661,562
LA-6
A.2.3 Tangki Pelarutan (TP-02)
Fungsi : Untuk melarutkan Ca(OH)2 dalam air.
H2O (8)
Ca(OH)2(s) (7) (9) Ca(OH)2(aq) 20%
30oC H2O(l)80% Gambar LA.3 Aliran Proses pada Tangki Pelarutan
Neraca Massa Total: F7 + F8 = F9 11,181 + 44,725 = 55,907
55,907 kg/jam = 55,907 kg/jam Laju Alir Massa Komponen:
Ca(OH)2 : F7Ca(OH)2 = F9Ca(OH)2 = 11,181 kg/jam H2O : F7H2O = F9H2O = 44,725 kg/jam
Tabel LA.3 Neraca Massa pada Tangki Pelarutan (TP-02) Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)
Alur 7 Alur 8 Alur 9
Ca(OH)2 11,181 11,181
H2O 44,725 44,725
Subtotal 11,181 44,725 55,907
Total 55,907 55,907
LA-7
A.2.4 Reaktor Penetral (R-02)
Fungsi : Untuk menetralkan MgCl2 dan HCl Ca(OH)2 20%
H2O 80% (9)
CaCO3 CaCO3
MgCO3 MgCO3
NaCl (6) (10) NaCl
HCl HCl
MgCl2 MgCl2
CaCl2 CaCl2
H2O H2O
Mg(OH)2 Ca(OH)2 Gambar LA.4 Aliran Proses pada Reaktor Penetral
Reaksi yang terjadi di dalam Reaktor Penetral :
I. MgCl2(s) + 2 Ca(OH)2(aq) CaCl2(s) + Mg(OH)2(s) II. 2 HCl(aq) + Ca(OH)2(aq) CaCl2(s) + 2 H2O(l)
Untuk reaksi I:
XMgCl2 = 0,70 (Elsner, 1998) NMgCl2 =0,024kmol
95,21 2,267
r1 = 0,70 . 0,024 = 0,017 kmol
Mis : F1Ca(OH)2 mula-mula = y1 * Mr Ca(OH)2 = B1Ca(OH)2 / XMgCl2 * Mr Ca(OH)2
MgCl2(s) + Ca(OH)2(aq) CaCl2(s) + 2H2O(l)
M : 0,024 y1 -
-B : 0,017 0,017 0,017 0,017
S : 0,001 y1 - 0,017 0,017 0,017
LA-8
Untuk reaksi II :
XHCl = 0,90 (Elsner, 1998)
NHCl =0,127kmol
36,46 4,634
r2 = 0,90 . 0,127 = 0,114 kmol
Mis : F2Ca(OH)2 mula-mula = y2 * Mr Ca(OH)2 = B2Ca(OH)2 / XHCl * Mr Ca(OH)2 2HCl(aq) + Ca(OH)2(aq) CaCl2(s) + 2H2O(l)
M : 0,127 y2 - -
B : 0,114 0,057 0,057 0,114
S : 0,018 y2 - 0,057 0,057 0,114
Dari kedua reaksi di atas diperlukan total jumlah Ca(OH)2 mula- mula sebanyak : F8Ca(OH)2 = F10Ca(OH)2= F1Ca(OH)2 mula-mula + F2Ca(OH)2 mula-mula
= [(B1Ca(OH)2 / XMgCl2) + (B2Ca(OH)2 / XHCl)] * Mr Ca(OH)2) = [(0,017/0,7) +( 0,114/0,9)]* 74,01
= 11,181 kg/jam Neraca massa total :
F6 + F9 = F10
1.661,562 + 55,907 = 1.717,469
1.717,469 kg/jam = 1.717,469 kg/jam
Laju Alir massa komponen :
CaCO3 : F10CaCO3 = F6CaCO3 = 5,504 kg/jam MgCO3 : F10MgCO3 = F6MgCO3 = 0,223 kg/jam NaCl : F10NaCl = F6NaCl = 5,019 kg/jam HCl : F10HCl = F6HCl–r2.Mr HCl
= 4,634 - 0,114 . 36,5 = 0,463 kg/jam MgCl2 : F10MgCl2 = F6MgCl2– r1 Mr MgCl2
= 2,267 - 0,017 . 95,21 = 0,680 kg/jam
LA-9
= 604,220 + 0,017.110,99 + 1/2.0,114. 110,99 = 612,417 kg/jam
H2O : F10H2O = F6H2O + F9H2O+ r2 Mr H2O
= 1.039,696 + 44,758 + 0,114 . 18,016 = 1.086,482 kg/jam
Ca(OH)2 : F10Ca(OH)2 = F9Ca(OH)2 - r1 Mr Ca(OH)2 - 1/2. r2. Mr Ca(OH)2
= 11,181 - 0,017. 74,1 – 1/2. 0,114. 74,1 = 5,709 kg/jam
Mg(OH)2 : F11Mg(OH)2 = r1 Mr Mg(OH)2 = 0,017 . 58,32 = 0,972 kg/jam
Tabel LA.4 Neraca Massa pada Reaktor Penetral (R-02) Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)
Alur 6 Alur 9 Alur 10 CaCO3 5,504 5,504 MgCO3 0,223 0,223 NaCl 5,019 5,019 HCl 4,634 0,463 MgCl2 2,267 0,680 CaCl2 604,220 612,417 H2O 1.039,696 44,725 1.086,482 Ca(OH)2 11,181 5,709
Mg(OH)2 0,972
Subtotal 1.661,562 55,907 1.717,469
LA-10
A.2.5 Evaporator (EV-01)
Fungsi : Untuk memekatkan CaCl2 dan mengurangi kadar air H2O
CaCO3 CaCO3
MgCO3 (11) MgCO3
NaCl (10) (12) NaCl
HCl HCl
MgCl2 MgCl2
CaCl2 CaCl2
H2O H2O
Mg(OH)2 Mg(OH)2
Ca(OH)2 Ca(OH)2
Gambar LA.5 Aliran Proses pada Evaporator
Asumsi : efisiensi penguapan air evaporator = 80 % Neraca Massa Total:
F10 = F11 + F12 1.717,469 = 869,186 + 848,284 1.717,469 kg/jam = 1.717,469 kg/jam
Laju Alir Massa Komponen:
CaCO3 : F12CaCO3 = F10CaCO3 = 5,504 kg/jam MgCO3 : F12MgCO3 = F10MgCO3 = 0,223 kg/jam NaCl : F12NaCl = F10NaCl = 5,019 kg/jam HCl : F12HCl = F10HCl = 0,463 kg/jam MgCl2 : F12MgCl2 = F10MgCl2 = 0,680 kg/jam CaCl2 : F12CaCl2 = F10CaCl2 = 612,417 kg/jam Ca(OH)2 : F12Ca(OH)2 = F10Ca(OH)2 = 5,709 kg/jam Mg(OH)2 : F12Mg(OH)2 = F10Mg(OH)2 = 0,972 kg/jam H2O : F11H2O = 80 % . F10H2O
= 80 % . 1.086,482 = 869,186 kg/jam F12H2O = F10H2O -F11H2O
= 217,296 kg/jam
LA-11
Tabel LA.5 Neraca Massa pada Evaporator (EV-01) Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)
Alur 10 Alur 11 Alur 12
CaCO3 5,504 5,504
MgCO3 0,223 0,223
NaCl 5,019 5,019
HCl 0,463 0,463
MgCl2 0,680 0,680
CaCl2 612,417 612,417
H2O 1.086,482 869,186 217,296
Ca(OH)2 5,709 5,709
Mg(OH)2 0,972 0,972
Subtotal 1.717,469 869,186 848,284
Total 1.717,469 1.717,469
A.2.6 Crystallizer (CR-01)
Fungsi : Untuk mengkristalkan CaCl2
H2O
CaCO3 CaCO3
MgCO3 (13) MgCO3
NaCl (12) (14) NaCl
HCl HCl
MgCl2 MgCl2
CaCl2 CaCl2
H2O H2O
Mg(OH)2 Mg(OH)2
Ca(OH)2 Ca(OH)2
Gambar LA.6 Aliran Proses pada Crystallizer
Asumsi : Tahap kristalisasi memisahkan senyawa terlarut dan 70% air dari alur masuk
Neraca Massa Total:
F12 = F13 + F14 848,284 = 152,107 + 696,176 848,284 kg/jam = 848,284 kg/jam
LA-12
Laju Alir Massa Komponen:
CaCO3 : F14CaCO3 = F12CaCO3 = 5,504 kg/jam MgCO3 : F14MgCO3 = F12MgCO3 = 0,223 kg/jam NaCl : F14NaCl = F12NaCl = 5,019 kg/jam HCl : F14HCl = F12HCl = 0,463 kg/jam MgCl2 : F14MgCl2 = F12MgCl2 = 0,680 kg/jam CaCl2 : F14CaCl2 = F12CaCl2 = 612,417 kg/jam Ca(OH)2 : F14Ca(OH)2 = F12Ca(OH)2 = 5,709 kg/jam Mg(OH)2 : F14Mg(OH)2 = F12Mg(OH)2 = 0,972 kg/jam H2O : F14H2O = 70 % . F12H2O
= 70 %. 217,296 = 152,107 kg/jam F14H2O = F12H2O - F13H2O
LA-13
Tabel LA.6 Neraca Massa pada Crystallizer (CR-01) Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)
Alur 12 Alur 13 Alur 14
CaCO3 5,504 5,504
MgCO3 0,223 0,223
NaCl 5,019 5,019
HCl 0,463 0,463
MgCl2 0,680 0,680
CaCl2 612,417 612,417
H2O 217,296 152,107 65,189
Ca(OH)2 5,709 5,709
Mg(OH)2 0,972 0,972
Subtotal 848,284 152,107 696,176
Total 848,284 848,284
A.2.7 Rotary Dryer (RD-01)
Fungsi : Untuk mengeringkan produk CaCl2
H2O HCl
CaCO3 CaCO3
MgCO3 (15) MgCO3
NaCl (15) (16) NaCl
HCl HCl
MgCl2 MgCl2
CaCl2 CaCl2
H2O H2O
Mg(OH)2 Mg(OH)2
Ca(OH)2 Ca(OH)2
Gambar LA.7 Aliran Proses pada Rotary Dryer
Asumsi : efisiensi pengeringan = 99,5% dengan kadar air produk sebanyak 0,05%
LA-14
Neraca Massa Total:
F14 = F15 + F16 696,176 = 64,863 + 631,313 696,176 kg/jam = 696,176 kg/jam
Neraca Massa Komponen:
CaCO3 : F16CaCO3 = F14CaCO3 = 5,504 kg/jam MgCO3 : F16MgCO3 = F14MgCO3 = 0,223 kg/jam NaCl : F16NaCl = F14NaCl = 5,019 kg/jam MgCl2 : F16MgCl2 = F14MgCl2 = 0,463 kg/jam CaCl2 : F16CaCl2 = F14CaCl2 = 612,417 kg/jam Ca(OH)2 : F16Ca(OH)2 = F14Ca(OH)2 = 5,709 kg/jam Mg(OH)2 : F16Mg(OH)2 = F14Mg(OH)2 = 0,972 kg/jam H2O : F16H2O = 99,5 % . F14H2O
= 99,5 %. 65,189 = 64,863 kg/jam F15H2O = F15H2O - F16H2O = 0,326 kg/jam H2O : F16HCl = 99,5 % . F15HCl
LA-15
Tabel LA.7 Neraca Massa pada Rotary Dryer (RD-01) Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)
Alur 14 Alur 15 Alur 16
CaCO3 5,504 5,504
MgCO3 0,223 0,223
NaCl 5,019 5,019
HCl 0,463 0,463
MgCl2 0,680 0,680
CaCl2 612,417 612,417
H2O 65,189 64,863 0,326
Ca(OH)2 5,709 5,709
Mg(OH)2 0,972 0,972
Subtotal 696,176 64,863 631,313
Total 696,176 696,176
A.2.8 Rotary Cooler (RC-01)
Fungsi : Untuk menurunkan panas dalam produk CaCl2
CaCO3 CaCO3
MgCO3 MgCO3
NaCl (16) (17) NaCl
MgCl2 MgCl2
CaCl2 CaCl2
H2O H2O
Mg(OH)2 Mg(OH)2
Ca(OH)2 Ca(OH)2
Gambar LA.7 Aliran Proses pada Rotary Cooler
Neraca Massa Total:
F17 = F18
631,313 kg/jam = 631,313 kg/jam
LA-16
Laju Alir Massa Komponen:
CaCO3 : F17CaCO3 = F16CaCO3 = 5,504 kg/jam MgCO3 : F17MgCO3 = F16MgCO3 = 0,223kg/jam NaCl : F17NaCl = F16NaCl = 5,019 kg/jam HCl : F17HCl = F16HCl = 0,463 kg/jam MgCl2 : F17MgCl2 = F16MgCl2 = 0,680 kg/jam CaCl2 : F17CaCl2 = F16CaCl2 = 612,417 kg/jam Ca(OH)2 : F17Ca(OH)2 = F16Ca(OH)2 = 5,709 kg/jam Mg(OH)2 : F17Mg(OH)2 = F16Mg(OH)2 = 0,972 kg/jam H2O : F17H2O = F16H2O = 0,326 kg/jam
Tabel LA.8 Neraca Massa pada Rotary Cooler (RC-01) Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)
Alur 16 Alur 17
CaCO3 5,504 5,504
MgCO3 0,223 0,223
NaCl 5,019 5,019
HCl 0,463 0,463
MgCl2 0,680 0,680
CaCl2 612,417 612,417
H2O 0,326 0,326 Ca(OH)2 5,709 5,709 Mg(OH)2 0,972 0,972
Subtotal 631,313 631,313
Total 631,313 631,313
A.2.9 Ball Mill (BM-01)
LA-17
CaCO3 (19) CaCO3
MgCO3 MgCO3
NaCl (17) (18) NaCl
HCl HCl
MgCl2 MgCl2
CaCl2 CaCl2
H2O H2O
Mg(OH)2 Mg(OH)2
Ca(OH)2 Ca(OH)2
Gambar LA.9 Aliran Proses pada Ball Mill
Pada Alur 19 adalah 0,99% produk yang keluar pada alur 17 yang akan masuk ke Screening.
Neraca Massa Total :
F17 + F19 = F18
631,313 + 6,313 = 637,626 kg/jam
Laju Alir Massa Komponen:
CaCO3 : F17CaCO3 = 5,504 kg/jam
F19CaCO3 = 0,99 x 5,504 = 0,055 kg/jam F18CaCO3 = 5,504 + 0,055 = 5,559 kg/jam MgCO3 : F17MgCO3 = 0,223 kg/jam
F19MgCO3 = 0,99 x 0,223 = 0,002 kg/jam F18MgCO3 = 0,223 + 0,002 = 0,225 kg/jam NaCl : F17NaCl = 5,019 kg/jam
F19NaCl = 0,99 x 5,019 = 0,050 kg/jam F18NaCl = 5,019 + 0,050 = 5,069 kg/jam HCl : F17HCl = 0,463 kg/jam
F19HCl = 0,99 x 0,463 = 0,005 kg/jam F18HCl = 0,463 + 0,005 = 0,468 kg/jam MgCl2 : F17MgCl2 = 0,680 kg/jam
F19MgCl2 = 0,99 x 0,680 = 0,007 kg/jam F18MgCl2 = 0,680 + 0,007 = 0,687 kg/jam CaCl2 : F17CaCl2 = 612,417 kg/jam
F19CaCl2 = 0,99 x 612,417 = 6,124 kg/jam
LA-18
F18CaCl2 = 612,417 + 6,124 = 618,541 kg/jam Ca(OH)2 : F17Ca(OH)2 = 5,709 kg/jam
F19Ca(OH)2 = 0,99 x 5,079 = 0,057 kg/jam F18Ca(OH)2 = 5,709 + 0,057 = 5,766 kg/jam Mg(OH)2 : F17Mg(OH)2 = 0,972 kg/jam
F19Mg(OH)2 = 0,99 x 0,972 = 0,010 kg/jam F18Mg(OH)2 = 0,972 + 0,010 = 0,982 kg/jam H2O : F17H2O = 0,326 kg/jam
F19H2O = 0,99 x 0,326 = 0,003 kg/jam F19H2O = 0,326 + 0,003 = 0,329 kg/jam
Tabel LA.9 Neraca Massa pada Ball Mill (BM-01)
Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)
Alur 17 Alur 19 Alur 18
CaCO3 5,504 0,055 5,559
MgCO3 0,223 0,002 0,225
NaCl 5,019 0,050 5,069
HCl 0,463 0,005 0,468
MgCl2 0,680 0,007 0,687
CaCl2 612,417 6,124 618,541
H2O 0,326 0,003 0,329
Ca(OH)2 5,709 0,057 5,766
Mg(OH)2 0,972 0,010 0,982
Subtotal 631,313 6,313 637,626
Total 637,626 637,626
A.2.10 Screening (SC-01)
Fungsi : Mengayak bahan yang keluar dari Ball Mill agar mempunyai diameter partikel yang seragam.
LA-19
CaCO3 CaCO3
MgCO3 (19) MgCO3
NaCl (18) (20) NaCl
HCl HCl
MgCl2 MgCl2
CaCl2 CaCl2
H2O H2O
Mg(OH)2 Mg(OH)2
Ca(OH)2 Ca(OH)2
Gambar LA.10 Aliran Proses pada Screening
Asumsi : Fraksi terayak = 99,01% Neraca Massa Total:
F18 = F19 + F20
637,626 = 6,313 + 631,313 637,626 kg/jam = 637,626 kg/jam
Laju Alir Massa Komponen :
CaCO3 : F20CaCO3 = 99,01% . F18CaCO3 = 5,504 kg/jam F19CaCO3 = 0,99% . F18CaCO3
= 0,055 kg/jam MgCO3 : F20MgCO3 = 99,01% . F18MgCO3
= 0,223 kg/jam F19MgCO3 = 0,99% . F18MgCO3
= 0,002 kg/jam
NaCl : F20
NaCl = 99,01% . F18NaCl = 5,019 kg/jam F19NaCl = 0,99% . F18NaCl
= 0,050 kg/jam MgCl2 : F20MgCl2 = 99,01% . F18MgCl2
= 0,680 kg/jam F19MgCl2 = 0,99% . F18MgCl2
= 0,007 kg/jam CaCl2 : F20CaCl2 = 99,01% . F18CaCl2
LA-20
= 612,417 kg/jam F19CaCl2 = 0,99% . F18CaCl2
= 6,124 kg/jam Ca(OH)2 : F20Ca(OH)2 = 99,01% .F18Ca(OH)2
= 5,709 kg/jam F19Ca(OH)2 = 0,99% . F18Ca(OH)2
= 0,057 kg/jam Mg(OH)2: F20Mg(OH) = 99,01 . F18Mg(OH)
= 0,972 kg/jam F19Mg(OH) = 0,99% . F18Mg(OH)
= 0,010 kg/jam H2O : F20H2O = 99,01% . F18H2O
= 0,326 kg/jam F19H2O = 0,99% . F18H2O
= 0,003 kg/jam
HCl : F20
HCl = 99,01% . F18HCl = 0,463 kg/jam F19HCl = 0,99% . F18HCl
LA-21
Tabel LA.10 Neraca Massa Screening (SC-01) Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)
Alur 18 Alur 19 Alur 20
CaCO3 5,559 0,055 5,504
MgCO3 0,225 0,002 0,223
NaCl 5,069 0,050 5,019
HCl 0,468 0,005 0,463
MgCl2 0,687 0,007 0,680
CaCl2 618,541 6,124 612,417
H2O 0,329 0,003 0,326
Ca(OH)2 5,766 0,057 5,709
Mg(OH)2 0,982 0,010 0,972
Subtotal 637,626 6,313 631,313
LB-1
LAMPIRAN B
PERHITUNGAN NERACA PANAS
Basis Perhitungan : 1 jam operasi Satuan operasi : kJ/ jam Temperatur Referensi : 25 0C
Kapasitas produk : 5.000 ton/tahun
LB.1 Perhitungan Kapasitas Panas
a) Data perhitungan Cp
Cp x,T = a + bT + cT2 + dT3 + eT4
Tabel LB.1 Nilai konstanta untuk ∫CpdT (kJ/mol.0C)
Fasa Komponen 10-3A 10-5B 10-8C 10-12D Gas
H2O 33,46 0,688 0,7604 -3,593
CO2 36,11 4,233 -2,887 7,464
Udara 28,94 0,4147 0,319 -1,965
Cair HCl 29,13 -0,1341 0,9715 -4,335
H2O 75,4 - - -
Padat
CaCO3 82,34 4,975 -12,87 -
MgCl2 72,4 1,58 - -
Ca(OH)2 89,5 - - -
Sumber : Felder & Rosseau (2005)
b) Nilai Cp untuk perhitungan neraca energi
Tabel LB.2 Nilai Cp untuk perhitungan neraca energi
Fasa Komponen Cp(kal/mol K)
Padat
MgCO3 16,9
CaCl2 16,9+ 0,00386 T
Mg(OH)2 18,2
LB-2
LB.2 Data Panas Pembentukan untuk tiap senyawa
Tabel LB.3 Nilai ΔHf untuk tiap senyawa
Komponen ∆Hf (kkal/kmol)
CO2 -94,052
Udara 0
HCl -39,85
H2O -68,3174
CaCO3 -289,5
MgCl2 -153,22
Ca(OH)2 -235,58
MgCO3 -261,7
CaCl2 -190,6
Mg(OH)2 -221,9
NaCl -98,321
Sumber : Perry (1999)
LB.3 Data Panas Pelarutan untuk tiap senyawa
Tabel LB.4 Panas pelarutan
Komponen ∆Hpelarutan (KJ/kmol)
HCl 74,8
Ca(OH)2 16,2
MgCl2 -8,68
CaCl2 82,9
Sumber : Martinez (1995) ; Perry (1999)
LB.4 Perhitungan Neraca Energi
Neraca panas ini menggunakan rumus-rumus perhitungan sebagai berikut: Perhitungan panas yang masuk dan keluar:
Smith &VanNess (1975) Persamaan untuk menghitung kapasitas panas (Reklaitis, 1983) :
Cp = a +bT+ cT2+ dT3
Jika Cp adalah fungsi dari temperatur maka persamaan menjadi :
T C 25 T i i o 1 n.Cp.dT H Q
2 1 ) ( 4 ) ( 3 ) ( 2 )
( 14
LB-3
Untuk sistem yang melibatkan perubahan fasa persamaan yang digunakan adalah :
Perhitungan energi untuk sistem yang melibatkan reaksi :
B.1 Tangki Pelarutan HCl (TP-01)
H2O(l) (2)
28 oC
HCl(aq) 37% (1) (3) HCl(aq) 30%
H2O(l) 63% 30 oC 29,67 oC H2O(l) 70%
Kondisi Masuk :
- Alur masuk = Alur 1 dan Alur 2 - Komponen masuk = HCl dan H2O - Temperatur referensi = 25 oC = 298 K - Temperatur alur 1 = 30 oC = 303 K - Temperatur alur 2 = 28 oC = 301 K
Kalor yang masuk ke reaktor dapat dihitung dengan: =
dT dQ
n ∫Cp dT Untuk HCl:
QHCl = (403,365/36,46)x[29,13x10-3x(303-298) – 0,1341x10-5/2x(3032-2982) + 0,9714x 10-8/3x(3033-2983) – 4,335x10-12(3034-2984)]
Untuk perhitungan H2O digunakan cara yang sama dengan perhitungan HCl.
TP-01
2b 2
1
b
1
T
T vl T
T
T
T
CpdT
ΔH
CpdT CpdT
2
1 2
1 ) (
T
T
in T
T
out
r T N CpdT N CpdT H
LB-4
Tabel LB.5 Panas alur 1 pada T = 30 oC
Komponen m
(kg/jam)
n (kmol/jam)
∫CpdT (kJ/kmol)
∑H=n∫CpdT (kJ/jam)
HCl 403,365 11,063 0,147 1,631
H2O 686,811 38,122 377,000 14.372,104
Jumlah 14.373,735
Tabel LB.6 Panas alur 2 pada T = 28 oC
Komponen m
(kg/jam)
n (kmol/jam)
∫CpdT (kJ/kmol)
∑H=n∫CpdT (kJ/jam) H2O 254,375 14,119 226,200 3.193,801
Jumlah 3.193,801
Kondisi Keluar :
- Alur keluar ` = Alur 3 - Komponen keluar = HCl dan air - Temperatur referensi = 25 oC = 298 K
Diketahui ΔH pelarutan HCl adalah 74,8 kJ/kmol
(∑ ∫ ) (∑ ∫ )
Dengan menggunakan trial error, diperoleh temperatur keluar sebesar 29,670 oC
Tabel LB.7 Panas alur 3 pada T = 29,670 oC
Komponen m
(kg/jam)
n (kmol/jam)
∫CpdT (kJ/kmol)
∑H=n∫CpdT (kJ/jam)
HCl 403,365 11,063 0,138 1,523
H2O 941,186 52,242 352,085 18.393,519
LB-5
B.2 Reaktor Asam (R-01)
Superheated Steam 150 oC, 1 atm HCl 30%
H2O 70% (3) (5) CO2 29,670 oC 32 oC
CaCO3 (4) (6) CaCO3 CaCl2
MgCO3 30 oC 32 oC MgCO3 H2O HCl
NaCl NaCl MgCl2
Kondensat 100 oC, 1 atm
Gambar LB.2 Alur Panas pada Reaktor Asam Reaksi yang terjadi:
CaCO3 + 2 HCl CaCl2 + H2O + CO2 MgCO3 + 2 HCl MgCl2 + H2O + CO2 R1 = 5,444 kmol/jam
R2 = 0,024 kmol/jam
ΔHR1 (25oC, 1atm) = ΔHf CaCl2 + ΔHf H2O + ΔHf CO2 - ΔHf CaCO3 -2.ΔHf HCl = [-190,6 + (-68,3174) + (-94,052) – (-289,5) – 2*(-39,85)] x 4,184
= 67,909 kJ/kmol
ΔHR2 (25oC, 1atm) = ΔHf MgCl2+ ΔHf H2O + ΔHf CO2 - ΔHf MgCO3 -2.ΔHf HCl = [-153,22 + (-68,3174) + (-94,052)– (-261,7) – 2.(-39,85)] x
4,184
= 107,992 kJ/kmol Kondisi Masuk :
- Alur masuk = Alur 3 dan Alur 4
- Komponen masuk = CaCO3, MgCO3, NaCl, HCl, H2O - Temperatur referensi = 25 oC
- Temperatur alur 3 = 29,670 oC - Temperatur alur 4 = 30 oC
LB-6
Tabel LB.8 Panas alur 4 pada T = 30 oC
Komponen m
(kg/jam)
n (kmol/jam)
∫CpdT (kJ/kmol)
∑H=n∫CpdT (kJ/jam) CaCO3 550,410 5,499 486,449 2.675,032 MgCO3 2,231 0,026 353,548 9,353 NaCl 5,019 0,086 252,130 21,652
Jumlah 2.706,038
Kondisi Keluar :
- Alur keluar = Alur 5 dan Alur 6
- Komponen keluar = CaCO3, MgCO3, NaCl, HCl, H2O, MgCl2, CaCl2, CO2 - Temperatur referensi = 25 oC
- Temperatur alur 5 = 32 oC - Temperatur alur 6 = 32 oC
Tabel LB.9 Panas alur 5 pada T = 32 oC
Komponen m
(kg/jam)
n (kmol/jam)
∫CpdT (kJ/kmol)
∑H=n∫CpdT (kJ/jam) CO2 240,648 5,468 261,051 1.427,405
Jumlah 1.427,405
Tabel LB.10 Panas alur 6 pada T = 32 oC
Komponen m
(kg/jam)
n (kmol/jam)
∫CpdT (kJ/kmol)
∑H=n∫CpdT (kJ/jam) CaCO3 5,504 0,055 681,377 37,470 MgCO3 0,223 0,003 494,967 1,309 NaCl 5,019 0,086 353,105 30,324 HCl 4,634 0,127 0,206 0,026 MgCl2 2,267 0,024 540,146 12,861 CaCl2 604,220 5,444 126,447 688,388
H2O 1.039,696 57,710 527,800 30.459,114
LB-7
dQ/dT = 31.229,492 + 1.427,405 - 2.706,038 -18.395,043 + (5,448x67,909) + (0,024x107,992)
= 11.928,091 kJ/jam
Sebagai media pemanas, dibutuhkan Superheated steam yang masuk pada 1 atm dan 150 oC. Kondensat keluar pada suhu 100 oC dan tekanan 1 atm. Jumlah steam yang dibutuhkan :
ΔHl (100 oC, 1 atm) = 419,1 kJ/kg (Reklaitis)
ΔHv (150 oC, 1 atm) = 2.768,899 kJ/kg (Reklaitis) Maka entalpi steam (ΔHsteam) = 2.768,899 - 419,1 = 2.349,799 kJ/kg
m
Steam H dQ/dT
m
gr/kg 1000
kg/kmol 18,016
x kJ/kmol 2.349,799
kJ/jam 11.928,091
m = 5,076 kg/jam
B.3 Tangki Pelarutan Ca(OH)2 (TP-02) H2O(l) (8)
28 oC
Ca(OH)2(s) (7) (9) Ca(OH)2(aq) 30% 30 oC 28,147 oC H2O(l)70%
Gambar LB.3 Alur Panas pada Tangki Pelarutan Kondisi Masuk:
- Alur masuk = Alur 7 dan Alur 8 - Komponen masuk = Ca(OH)2 dan H2O - Temperatur referensi = 25 oC
- Temperatur alur 7 = 30 oC - Temperatur alur 8 = 28 oC
LB-8
Tabel LB.11 Panas pada alur 7 pada T = 30 oC
Komponen m
(kg/jam)
n (kmol/jam)
∫CpdT (kJ/kmol)
∑H=n∫CpdT (kJ/jam) Ca(OH)2 11,181 0,151 447,500 67,529
Jumlah 67,529
Tabel LB.12 Panas pada alur 8 pada T= 28 oC
Komponen m
(kg/jam)
n (kmol/jam)
∫CpdT (kJ/kmol)
∑H=n∫CpdT (kJ/jam) H2O 44,725 2,483 226,200 561,551
Jumlah 561,551
Kondisi Keluar :
- Alur keluar = Alur 9
- Komponen keluar = Ca(OH)2 dan H2O - Temperatur referensi = 25 oC
Diketahui ΔH pelarutan Ca(OH)2 adalah 16,2 kJ/kmol
(∑ ∫ ) (∑ ∫ )
Dengan menggunakan trial error,diperoleh temperatur keluar sebesar 28,147 oC. Tabel LB.13 Panas pada alur 9 pada T = 28,147 oC
Komponen m
(kg/jam)
n (kmol/jam)
∫CpdT (kJ/kmol)
∑H=n∫CpdT (kJ/jam) Ca(OH)2 11,181 0,151 281,636 42,500
H2O 44,725 2,483 237,267 589,025
LB-9
B.4 Reaktor Penetral (R-02)
Superheated Steam 150 oC, 1 atm Ca(OH)2 20%
H2O 80%
CaCO3 (9) CaCO3
MgCO3 28,147 oC MgCO3
NaCl (6) (10) NaCl
HCl 32 oC 32 oC HCl
MgCl2 MgCl2
CaCl2 CaCl2
H2O Kondensat 100 oC, 1 atm H2O
Mg(OH)2 Ca(OH)2 Gambar LB.4 Alur Panas pada Reaktor Penetral
Reaksi yang terjadi :
MgCl2 + 2 Ca(OH)2 CaCl2 + Mg(OH)2 HCl + Ca(OH)2 CaCl2 + H2O R1 = 0,017 kmol/jam
R2 = 0,114 kmol/jam
ΔHR1 (25 0C, 1atm) = ΔHf CaCl2 + ΔHf Mg(OH)2 - ΔHf MgCl2 -ΔHf Ca(OH)2 = [-190,6 + (-221,9) – (-153,22) – (-235,58)] x 4,184
= -99,161 kJ/kmol
ΔHR2 (25 0C, 1atm) = ΔHf CaCl2 + 2.ΔHf H2O - 2.ΔHf HCl -ΔHf Ca(OH)2 = [-190,6 + 2*(-68,3174) –2*(-39,85) – (-235,58)] x 4,184 = -50,019 kJ/kmol
Kondisi Masuk :
- Alur masuk = Alur 6 dan Alur 9
- Komponen masuk = CaCO3, MgCO3, NaCl, HCl, H2O, MgCl2, CaCl2 - Temperatur referensi = 25 oC
- Temperatur alur 6 = 32 oC - Temperatur alur 9 = 28,147 oC
Pada Tabel LB.9 diketahui bahwa panas alur 6 adalah 31.229,492 kJ/jam Pada Tabel LB.13 diketahui bahwa panas alur 9 adalah 631,525 kJ/jam
LB-10
Kondisi Keluar :
- Komponen keluar = CaCO3, MgCO3, NaCl, HCl, H2O, MgCl2, CaCl2, Ca(OH)2, Mg(OH)2,
- Temperatur referensi = 25 oC - Temperatur alur 10 = 32 oC
Tabel LB.14 Panas pada alur 10 pada T = 32 oC
Komponen m
(kg/jam)
n (kmol/jam)
∫CpdT (kJ/kmol)
∑H=n∫CpdT (kJ/jam) CaCO3 5,504 0,055 681,377 37,470 MgCO3 0,223 0,003 494,967 1,309 NaCl 5,019 0,086 353,105 30,324 HCl 0,463 0,013 0,206 0,003 MgCl2 0,680 0,007 540,146 3,858 CaCl2 612,417 5,518 1.246,155 6.876,241 H2O 1.086,482 60,307 527,800 31.829,772 Ca(OH)2 5,709 0,077 626,500 48,268 Mg(OH)2 0,972 0,017 533,042 8,884
Jumlah 38.836,129
dQ/dT = 38.836,129-31.229,492- 631,525+(-99,161*0,017)+(-50,019*0,114) = 6.967,738 kJ/jam
Sebagai media pemanas, dibutuhkan Superheated steam yang masuk pada 1 atm dan 150 oC. Kondensat keluar pada suhu 100 oC dan tekanan 1 atm. Jumlah steam yang dibutuhkan :
m
Steam H dQ/dT
m
gr/kg 1000
kg/kmol 18,016
x kJ/kmol 2.349,799
kJ/jam 6.967,738
LB-11
B.5 Evaporator (EV-01)
Superheated Steam H2O 150 oC, 1 atm
CaCO3 (11) 105 oC CaCO3
MgCO3 MgCO3
NaCl (10) (12) NaCl
HCl 32 oC 105 oC HCl
MgCl2 MgCl2
CaCl2 CaCl2
H2O H2O
Mg(OH)2 Kondensat Mg(OH)2
Ca(OH)2 100 oC, 1 atm Ca(OH)2
Gambar LB.5 Alur Panas pada Evaporator
Kondisi Masuk :
- Alur masuk = Alur 10
- Komponen masuk = CaCO3, MgCO3, NaCl, HCl, H2O, MgCl2, CaCl2, Ca(OH)2, Mg(OH)2
- Temperatur referensi = 25 oC - Temperatur alur 10 = 32 oC
Pada Tabel LB.14 diketahui panas pada alur 10 pada 32 oC adalah 38.836,129 kJ/jam Kondisi Keluar :
- Alur keluar = Alur 11 dan 12
- Komponen keluar = CaCO3, MgCO3, NaCl, HCl, H2O, MgCl2, CaCl2, Ca(OH)2, Mg(OH)2
- Temperatur referensi = 25 oC - Temperatur alur 11 = 105 oC - Temperatur alur 12 = 105 oC
- ∆H pada 105 oC = 2.715,362 kJ/kg
LB-12
Tabel LB.15 Panas pada alur 11 pada T = 105 oC
Komponen m
(kg/jam)
n (kmol/jam)
∫CpdT (kJ/kmol)
∑H=n∫CpdT
(kJ/jam) m x ∆Hvl H2O(g) 869,186 48,245 2.715,362 131.003,176 2.360.153,215
Jumlah 131.003,176 2.360.153,215
Tabel LB.16 Panas pada alur 12 pada T = 105 oC
Komponen m
(kg/jam)
n (kmol/jam)
∫CpdT (kJ/kmol)
∑H=n∫CpdT (kJ/jam) CaCO3 5,504 0,055 7.932,440 436,213 MgCO3 0,223 0,003 5.656,768 14,965 NaCl 5,019 0,086 4.086,797 350,964 HCl 0,463 0,013 2,370 0,030 MgCl2 0,680 0,007 6.219,232 44,424 CaCl2 612,417 5,518 6.808,167 37.567,227 H2O 217,296 12,061 6.032,000 72.753,764 Ca(OH)2 5,709 0,077 7.160,000 551,639 Mg(OH)2 0,972 0,017 6.091,904 101,534
Jumlah 848,284 111.820,761
dQ/dT = 111.820,761 + 131.003,176 + 2.360.153,215 - 38.836,129 = 2.564.141,023 kJ/jam
Sebagai media pemanas, dibutuhkan Superheated steam yang masuk pada 1 atm dan 150 oC. Superheated steam keluar pada suhu 100 oC dan tekanan 1 atm. Jumlah steam yang dibutuhkan adalah :
m
Steam H dQ/dT
m
gr/kg 1000
kg/kmol 18,016
x kJ/kmol 2.349,799
kJ/jam 023 2.564.141,
LB-13
B.6 Crystallizer (CR-01)
Udara Pendingin H2O 5 oC
CaCO3 (13) 60 oC CaCO3
MgCO3 MgCO3
NaCl (12) (14) NaCl
HCl 105 oC 60 oC HCl
MgCl2 MgCl2
CaCl2 CaCl2
H2O H2O
Mg(OH)2 Udara Pendingin Mg(OH)2
Ca(OH)2 60oC Ca(OH)2
Gambar LB.6 Alur Panas pada Crystallizer Kondisi Masuk :
- Alur masuk = Alur 12
- Komponen masuk = CaCO3, MgCO3, NaCl, HCl, H2O, MgCl2, CaCl2, Ca(OH)2, Mg(OH)2
- Temperatur referensi = 25 oC - Temperatur alur 12 = 105 oC
Pada Tabel LB.16 diketahui panas pada alur 12 pada 115 oC adalah 125.347,460 kJ/jam.
Kondisi Keluar :
- Alur keluar = Alur 13 dan 14
- Komponen keluar = CaCO3, MgCO3, NaCl, HCl, H2O, MgCl2, CaCl2, Ca(OH)2,Mg(OH)2
- Temperatur referensi = 25 oC - Temperatur alur 13 = 60 oC - Temperatur alur 14 = 60 oC
Tabel LB.17 Panas pada alur 13 pada T =60 oC
Komponen m
(kg/jam)
n (kmol/jam)
∫CpdT (kj/kmol)
∑H=n∫CpdT
(kj/jam) m x ∆Hvl H2O(g) 152,107 8,443 1.181,831 9.978,090 179.765,264
Jumlah 9.978,090 179.765,264
LB-14
Tabel LB.18 Panas pada alur 14 pada T = 60 oC
Komponen m
(kg/jam)
n (kmol/jam)
∫CpdT (kj/kmol)
∑H=n∫CpdT
(kj/jam) - ∆Hs x n CaCO3 5,504 0,055 3.431,264 188,689 MgCO3 0,223 0,003 2.474,836 6,547
NaCl 5,019 0,086 1.774,135 152,358 -0,335 HCl 0,463 0,013 1,034 0,013 -950,661 MgCl2 0,680 0,007 2.708,472 19,347 62,002 CaCl2 612,417 5,518 2.653,175 14.640,127 -457.439,288
H2O 65,189 3,618 2.639,000 9.548,932 Ca(OH)2 5,709 0,077 3.132,500 241,342 -1.248,122 Mg(OH)2 0,972 0,972 2.665,208 2.590,692
Jumlah 696,176 27.388,047 -459.576,405
dQ/dT = 27.388,047 + 9.978,090 + 179.765,264 - 459.576,405 – 111.820,761 = -354.265,765 kJ/jam
Data operasi: a) Udara
Tin = 5 oC Tout = 30 oC
Hin = 0,01 kg H2O/kg udara (asumsi) b) Cairan Terlarut
Laju Alir = 848,284 kg/jam Tin = 105 oC
Tout = 60 oC Neraca Bahan
GHin + LsXin = GHout + LsXout Dimana :
G = Laju alir udara, kg/jam udara kering Ls = Laju alir zat padat, kg/jam
LB-15
X = Kandungan kebasahan-bebas, massa air per satuan massa zat total Dari persamaan di atas, maka:
0,01G + (848,284× 0,256) = GHout + (848,284× 0,094)
0,01G + 137,422= GHout (Pers. 1)
Neraca Panas
G + LsHs = G +Ls +Q a) Entalpi Cairan Terlarut
Hs = CpS(Ts-To)+XCpA(Ts-To) Dimana :
Hs = Entalpi cairan terlarut, kJ/kg
CpS = Kalor jenis cairan terlarut, kJ/kgoC CpA = Kalor jenis air, kJ/kgoC
X = Kandungan kebasahan-bebas, massa air per satuan massa zat total Ts = Suhu cairan terlarut, oC
To = Suhu referensi, oC i) Cairan Terlarut Masuk
Hsin = CpS(Tsin-To)+XCpA(Tsout-To)
= 1,644 (105 - 0) + 0,256 × 4,185 (105 - 0) = 285,581 kJ/kg
ii) Kristal Keluar
Hsout = CpS(Tsout-To)+XoutCpA(Tsout-To)
= 1,644(60 - 0) + 0,094 × 4,185 (60 - 0) = 122,379 kJ/kg
b) Entalpi Udara : HG = CS(TG-To) + Hλo Dimana :
HG = Entalpi udara, kJ/kg udara kering
H = Kelembaban udara, massa uap per satuan massa udara kering λo = Kalor laten air pada suhu referensi, kJ/kg
LB-16
To = Suhu referensi, oC i) Udara Masuk
HGin = CSin(TGin-To) + Hinλo
= (1,005+1,88×0,01)×(5-0) + (0,01×2501,4) = 30,133 kJ/kg
ii) Udara Keluar
HGout = CSout(TGout-To) + Houtλo
= (1,005+1,88Hout)×(30-0) + (Hout×2501,4)
= 30,15+2503,28 Hout (Pers. 2)
Substitusi pers.2 dan pers.1 ke persamaan neraca panas didapat persamaan sebagai berikut :
25,050 G = 560.936,530
G = 22.392,855 kg/jam udara
Hout diperoleh dari substitusi nilai G ke pers.1, maka: 0,01(21107,149) + 206,948= (21107,149)Hout
Hout= 0,016 kg air/kg udara
B.7 Rotary Dryer (RD-01)
Superheated Steam H2O 150 oC, 1 atm
CaCO3 (15) 110 oC CaCO3
MgCO3 MgCO3
NaCl (14) (16) NaCl
HCl 60 oC 110 oC HCl
MgCl2 MgCl2
CaCl2 CaCl2
H2O H2O
Mg(OH)2 Kondensat Mg(OH)2
Ca(OH)2 100 oC, 1 atm Ca(OH)2
Gambar LB.7 Alur Panas pada Rotary Dryer
Kondisi Masuk :
- Alur masuk = Alur 14
LB-17
- Komponen masuk = CaCO3, MgCO3, NaCl, HCl, H2O, MgCl2, CaCl2, Ca(OH)2, Mg(OH)2
- Temperatur referensi = 25 oC - Temperatur alur 14 = 60 oC
Pada Tabel LB.18 diketahui panas pada alur 14 pada 60oC adalah 27.388,047 kJ/jam
Kondisi Keluar :
- Alur keluar = Alur 15 dan 16
- Komponen keluar = CaCO3, MgCO3, NaCl, HCl, H2O, MgCl2, CaCl2,Ca(OH)2, Mg(OH)2
- Temperatur referensi = 25 oC - Temperatur alur 15 = 110 oC - Temperatur alur 16 = 110 oC
- ∆Hpada 110 oC = 2.886,777 kJ/kg Geankoplis (1993)
Tabel LB.19 Panas pada alur 15 pada T = 110 oC
Komponen m
(kg/jam)
n (kmol/jam)
∫CpdT (kj/kmol)
∑H=n∫CpdT
(kj/jam) m x ∆Hvl H2O(g) 64,863 3,600 2.886,777 10.393,258 187.224,928
LB-18
Tabel LB.20 Panas pada alur 16 pada T = 110 oC
Komponen m
(kg/jam)
n (kmol/jam)
∫CpdT (kj/kmol)
∑H=n∫CpdT (kj/jam) CaCO3 5,504 0,055 8.438,789 464,057 MgCO3 0,223 0,003 6.010,316 15,901 NaCl 5,019 0,086 3.938,180 338,201 HCl 0,463 0,013 2,519 0,032 MgCl2 0,680 0,007 6.611,292 47,225 CaCl2 612,417 5,518 6.107,823 33.702,753 H2O 65,189 0,018 6.409,000 115,951 Ca(OH)2 5,709 0,077 7.607,500 586,117 Mg(OH)2 0,972 0,017 6.472,648 107,880
Jumlah 631,313 51.598,066 35.378,117
dQ/dT = 35.378,117+10.393,258+187.224,928-27.388,047 = 205.628,255 kJ/jam
Sebagai media pemanas, dibutuhkan Superheated steam yang masuk pada 1 atm dan 150 oC. Superheated steam keluar pada suhu 100 oC dan tekanan 1 atm. Jumlah steam yang dibutuhkan adalah :
m
Steam H dQ/dT
m
gr/kg 1000
kg/kmol 18,016
x kj/kmol 2.349,799
kj/jam 5 205.628,25
LB-19
B.8 Rotary Cooler (RC-01)
Udara Pendingin 5 oC
CaCO3 CaCO3
MgCO3 MgCO3
NaCl (16 (17) NaCl
HCl 110 oC 30 oC HCl
MgCl2 MgCl2
CaCl2 CaCl2
H2O H2O
Mg(OH)2 Udara Pendingin Mg(OH)2
Ca(OH)2 60 oC Ca(OH)2
Gambar LB.8 Alur Panas pada Rotary Cooler
Kondisi Masuk :
- Alur masuk = Alur 16
- Komponen masuk = CaCO3, MgCO3, NaCl, HCl, H2O, MgCl2, CaCl2, Ca(OH)2, Mg(OH)2
- Temperatur referensi = 25 oC - Temperatur alur 16 = 110 oC
Pada Tabel LB.20 diketahui panas pada alur 16 pada 110 oC adalah 35.378,117 kJ/jam.
Kondisi Keluar :
- Alur keluar = Alur 17
- Komponen keluar = CaCO3, MgCO3, NaCl, HCl, H2O, MgCl2, CaCl2, Ca(OH)2, Mg(OH)2
- Temperatur referensi = 25 oC - Temperatur alur 17 = 30 oC
LB-20
Tabel LB.21 Panas pada alur 17 pada T = 30 oC
Komponen m
(kg/jam)
n (kmol/jam)
∫CpdT (kj/kmol)
∑H=n∫CpdT (kj/jam) CaCO3 5,504 0,055 486,449 26,750 MgCO3 0,223 0,003 353,548 0,935 NaCl 5,019 0,086 228,143 19,592 HCl 0,463 0,013 0,147 0,002 MgCl2 0,680 0,007 385,740 2,755 CaCl2 612,417 5,518 355,769 1.963,119 H2O 65,189 0,018 377,000 6,821 Ca(OH)2 5,709 0,077 447,500 34,477 Mg(OH)2 0,972 0,017 380,744 6,346
Jumlah 631,313 2.060,798
dQ/dT = 2.060,798 – 35.378,117 = -33.317,319 kJ/jam Data operasi:
a) Udara Tin = 5 oC Tout = 30 0C
Hin = 0,01 kg H2O/kg udara (asumsi) b) Cairan Terlarut
Laju Alir = 631,313 kg/jam Tin = 110 oC
Tout = 30 oC
Neraca Panas
G + LsHs = G +Ls +Q
LB-21
a) Entalpi Cairan Terlarut Hs = CpS(Ts-To)+XCpA(Ts-To) Dimana :
Hs = Entalpi cairan terlarut, kJ/kg
CpS = Kalor jenis cairan terlarut, kJ/kgoC CpA = Kalor jenis air, kJ/kgoC
X = Kandungan kebasahan-bebas, massa air per satuan massa zat total Ts = Suhu cairan terlarut, oC
To = Suhu referensi, oC i) Cairan Terlarut Masuk
Hsin = CpS(Tsin-To)+XCpA(Tsout-To)
= 0,659 (120 - 0) + 0,04 × 4,185 (120 - 0) = 90,936 kJ/kg
ii) Kristal Keluar
Hsout = CpS(Tsout-To)+XoutCpA(Tsout-To) = 0,659 (30 - 0) + 0,04 × 4,185 (30 - 0) = 24,801 kJ/kg
b) Entalpi Udara : HG = CS(TG-To) + Hλo Dimana :
HG = Entalpi udara, kJ/kg udara kering
H = Kelembaban udara, massa uap per satuan massa udara kering λo = Kalor laten air pada suhu referensi, kJ/kg
CS = Kalor lembab, 1,005 + 1,88H kJ/kgoC TG = Suhu cairan terlarut, oC
To = Suhu referensi, oC
i) Udara Masuk
HGin = CSin(TGin-To) + Hinλo
LB-22
= 30,133 kJ/kg ii) Udara Keluar
HGout = CSout(TGout-To) + Houtλo
= (1,005+1,88x0,01)×(30-0) + (0,01×2501,4) = 55,728 kJ/kg
persamaan neraca panas:
G(30,133) + (631,313 × 52,848) = G(55,728) + (631,313 × 24,815) - 35.378,117 G = 2.145,066 kg/jam udara
B.9 Kompressor (JC-01)
(5) (21)
CO2(g)
JC-01
CO2(l)T1= 32 oC T2= 32 oC
P1= 1 atm P2= 15 atm
Kondisi Masuk :
- Alur masuk = Alur 5 - Komponen masuk = CO2 - Temperatur referensi = 25 oC - Temperatur alur 6 = 32 oC
Pada Tabel LB.10 diketahui panas pada alur 5 pada 32 oC adalah 1.427,405 kJ/jam Kondisi Keluar :
LB-23
Tabel LB.22 Panas alur 21 pada T = 32 oC
Komponen m
(kg/jam)
n (kmol/jam)
∫CpdT (kj/kmol)
∑H=n∫CpdT (kj/jam) CO2 240,648 5,468 386,767 2.114,809
Jumlah 2.114,809
C.1 Gudang Penyimpanan Cangkang Kerang (GD-01)
Fungsi :
Bentuk Bangunan : Gedung berbentuk persegi-panjang ditutup atap Bahan Konstruksi : Dinding : beton
Lantai : aspal Atap : asbes
Jumlah : 1 unit
Kondisi Penyimpanan
Kondisi Ruangan : Temperatur : 30oC Tekanan : 1 atm
Kebutuhan : 15 hari
Perhitungan Desain Bangunan :
Densitas serbuk cangkang kerang = kg/m3 Jadi, 1 karung memuat :
Volume cangkang kerang = = m3
Volume udara = 40% (0,00737 m3) = m3
Volume total = m3
Kebutuhan cangkang kerang = kg/jam Banyak ikatan/karung yang perlu dalam 15 hari : Jumlah ikatan/karung =
LAMPIRAN C
PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN
Menyimpan bahan baku cangkang kerang sebelum diproses
Bahan baku cangkang kerang dimasukkan ke dalam karung besar. Digunakan 1 ikatan/karung memuat 20 kg bahan baku cangkang kerang.
Diperkirakan bahan baku cangkang kerang terdapat ruang kosong berisi udara sebanyak 40%.
2.713,689
0,00737
0,00295 0,0103
557,660 3
kg/m 2713,689
kg 20
kg/karung 20
hari 15 x jam/hari 24
= karung Diambil 10.038 karung, maka :
Volume total karung tiap 15 hari = 10038 x 0,0103 = m3
Faktor kosong ruangan = 20% dan area jalan dalam gudang = 20% ; sehingga : Volume ruang yang dibutuhkan = (1,4) x 103,573 = m3
Bangunan diperkirakan dibangun dengan ukuran : Panjang (p) = lebar (l) = 2 x tinggi (t), sehingga :
V = p x l x t = 2t x (2t) x (t)
t = m
Jadi ukuran bangunan gedung yang digunakan adalah :
Panjang = m
Lebar = m
Tinggi = m
C.2 Belt Conveyor (C-01)
Fungsi : Mengangkut cangkang kerang menuju Crusher (CH-01) Jenis : Horizontal belt conveyor
Bahan Konstruksi : Carbon steel
Kondisi Operasi : Temperatur : 30oC Tekanan : 1 atm Jarak Angkut : 10 m
Laju Alir : kg/jam = kg/s
Densitas : kg/m3
Perhitungan Daya :
(Peter & Timmerhaus, 1991) dengan : m = Laju alir (kg/s)
L = jarak angkut (m) Maka :
= kW = Hp
3,310
10.037,874
557,660 0,155
103,573
145,002
145,002
3,310
6,619 6,619
2.713,689
0,006 0,008
L m 0,0027
P0,0027m0,82L
P 0,82
10 (0,155) 0,0027
Digunakan daya standar 1/8 Hp
C.3 Crusher (CH-01)
Fungsi : Menggiling cangkang kerang menjadi butiran halus
Jenis : Roll crusher
Bahan Konstruksi : Carbon steel
Jumlah : 1 unit
Kapasitas : kg/jam = kg/s
Perhitungan Daya :
Rasio = Da/Db = 25/0,15 = Daya yang digunakan adalah :
(Peter & Timmmerhaus, 1991) dengan : mS = laju umpan (kg/s)
Maka : P = 0,3 . (0,155). 166,667
= Hp
Digunakan daya standar 11 Hp.
C.4 Tangki Penyimpanan HCl (T-01)
Fungsi : Untuk menyimpan asam klorida (HCl) Bahan Konstruksi : 304 Stainless steel
Bentuk : Silinder vertikal dengan alas datar dan tutup elipsiodal Jenis Sambungan : Double welded butt joints
C-05 0,175 2.161,069 0,009
10,387
557,660 0,155
Diperkirakan umpan cangkang kerang memiliki ukuran berkisar 10 -30 mm, diambil ukuran (Da) = 25 mm. Pemecahan primer menggunakan roll crusher dengan ukuran produk yang dihasilkan ukuran (Db) = 0,15 mm.
166,667 Daya (Hp)
C-02
C-03 0,016 2.240,000 0,001
0,125 0,125 0,008
2.713,689 0,155
0,125 Daya Standar
(Hp)
C-01 0,155 2.713,689 0,008 0,125
Belt Conveyor Laju alir (kg/jam)
Densitas (kg/m3)
R . m 0,3
Jumlah : 1 unit Kondisi Operasi :
- Temperatur = 30oC
- Tekanan = 1 atm
- Faktor Kelonggaran = 20%
- Laju Alir Masuk (F) = kg/jam
- Densitas Campuran = kg/m3
- Kebutuhan Perancangan = 15 hari
Perhitungan :
a. Ukuran Tangki
Volume larutan (Vl) = (1.345,551 / 1.057) x 15 x 24
= m3
Faktor kelonggaran = 20% Volume tangki (Vt) = Vl x 1,2
= 457,936 x 1,2
= m3
Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (Hs : D) = 1 : 1 Volume Silinder = π/4 x D2Hs = π/4 x D3
Volume tutup (Vh) ellipsiodal = π/4 x D2Hh = π/4 x D2(1/6 D) = π/24 x D3 Vt = Vs + Vh
Vt = (π/4 x D3)+ (π/24 x D3)
Vt = 7π/24 x D3 (Brownell & Young, 1959)
Diameter tangki =
= m = in
457,936
549,523
Tutup tangki berbentuk ellipsiodal dengan rasio axis major terhadap minor 2 : 1, sehingga : tinggi head (Hh) = 1/6 x D (Brownel & Young, 1959)
8,432 331,963 1.344,551
1.057,000
3 7π
Vt 24
3
7π x549,523 24
Tinggi silinder (Hs) = D = m Tinggi tutup ellipsiodal (Hh) = 1/6 x D
= 1/6 x 8,432 m = m
Tinggi total tangki (HT) = Hs + Hh = m
b. Tekanan Desain
Tinggi bahan dalam tangki (Hc) = (vl / Vt) x HT
= (457,936 / 549,523) x 9,837
= m
Phidrostatik = x g x Hc
= 1.057 x 9,8 x 8,198
= Pa
= kPa
PO = Tekanan Operasi = 1 atm = 101,325 kPa
Faktor Kelonggaran = 100%
Pdesain = (1 + 1) x (Phidrostatik + PO) = 2 x (84,916 + 101,325)
= kPa
= atm = psi
c. Tebal Dinding Tangki (bagian silinder)
- Joint effieciency, E :
- Allowable stress, S : psia
- Corrosion Allowance, CA : 0,125 in / tahun - Umur alat direncanakan, n : 10 tahun
- Tebal jaket, dt =
(Peters & Timmerhaus, 1991) Dimana :
d = tebal dinding tangki bagian silinder (in)
Direncanakan menggunakan bahan konstruksi 304 Stainless steel , diperoleh data : (Peters & Timmerhaus, 1991)
0,850 18.700
9,837
372,483
3,676 54,024
8,198
84.916,381 84,916
8,432
1,405
n CA x P
0,6 -E S.
R x P
CA x n P
0,6 -E S.
R x P
P = tekanan desain (psi)
R = jari-jari dalam tangki (in) = D / 2 S = allowable working stress
CA = corrosion allowance
n = umur alat yang direncanakan E = efisiensi sambungan
dt = = in
Dipilih tebal dinding standar = 2 in (Brownell & Young, 1959)
d. Tebal Dinding Head
- Joint effieciency, E :
- Allowable stress, S : psia
- Corrosion Allowance, CA : 0,125 in / tahun - Umur alat direncanakan, n : 10 tahun
- Tebal jaket, dt =
(Peters & Timmerhaus, 1991) Dimana :
d = tebal dinding tangki bagian silinder (in) P = tekanan desain (psi)
R = jari-jari dalam tangki (in) S = allowable working stress CA = corrosion allowance
n = umur alat yang direncanakan E = efisiensi sambungan
dt = = in
0,850 18.700
1,814 1,815
Direncanakan menggunakan bahan konstruksi 304 Stainless steel , diperoleh data : (Peters & Timmerhaus, 1991)
n CA x P
0,2 -E 2.S.
D x P
10l x 125 , 0 54,024 x
0,6 -0,85 x 18.700
331,963/2 x
54,024
10 x 125 , 0 54,024 x
0,2 -0,85 x 18.700 x 2
331,963 x
54,024
Dipilih tebal dinding standar = 2 in (Brownell & Young, 1959)
C.5 Pompa Tangki Penyimpanan HCl (P-01)
Fungsi :
Jenis : Pompa sentrifugal
Bahan Konstruksi : Stainless stell
Jumlah : 1 unit
Kondisi Operasi :
- Temperatur = 30oC
- Tekanan = 1 atm
- Laju alir massa = kg/jam = lbm/s
- Densitas campuran = kg/m3= lbm/s
- Viskositas campuran = cP = lbm/ft.s
- Laju alir volumetrik, Q = F/ = 0,247 / 74,289 = ft3/s
= m3/s
Perhitungan :
a. Perencanaan Pompa
Untuk aliran turbulen (Nre > 2100), (Peters & Timmerhaus, 1991) Di, opt = 0,363 x Q
0,45 x ρ0,13 Untuk aliran laminar,
Di, opt = 0,133 x Q0,4 x μ0,2 (Peters & Timmerhaus, 1991) dengan :
Di, opt = diameter optimum (m) ρ = densitas (kg/m3) Q = laju volumetrik (m3/s) μ = viskositas (cP)
Diameter pipa ekonomis, Di,opt : Di, opt = 0,363 x Q0,45 x ρ0,13
= 0,363 x (0,000094)0,45 x (1.190)0,13
= m = in
0,000094 0,003325
403,365 0,247
1.190 74,289
1,7 0,0011423
Untuk memompa asam klorida (HCl) dari T-01 ke Tangki Pelarutan HCl (TP-01)
Dari App. A.5-1, Geankoplis, 2003 dipilih pipa dengan spesifikasi : - Ukuran pipa nominal = 1,0 in
- Schedule pipa =
- Diameter dalam (ID) = 1,049 in = 0,087 ft = 0,027 m - Diameter luar (OD) = 1,315 in = 0,110 ft = 0,033 m - Luas penampang dalam (Ai) = 0,006 ft2
b. Pengecekan Bilangan Reynold, Nre
Kecepatan rata-rata, V :
V = Q / Ai = 0,003325/0,006 = ft/s
Bilangan Reynol, Nre =
=
Untuk pipa stailess steel, harga ε = (Geankoplis, 2003) Pada Nre = 3.150,448 dan ε/D = 0,0000415 / 0,027 = 0,002
Diperoleh harga faktor fanning , f = 0,015
c. Menentukan Panjang Ekivalen Total Pipa, ∑ L
Kelengkapan pipa (Foust, 1980) : - Panjang pipa lurus, L1 = ft - 2 buah gate valve fully open, L/D = 13
L2 = 2 x 13 x 0,087 = ft - 3 buah elbow standar 90o, L/D = 30
L3 = 3 x 30 x 0,087 = ft
- 1 buah sharp edge entrance, K = 0,5 ; L/D = 32 L4 = 1 x 32 x 0,087 = ft
- 1 buah sharp edge exit, K = 1 ; L/D = 65 L5 = 1 x 65 x 0,087 = ft ∑ L = L1 + L2 + L3 + L4 + L5
= 35 + 2,273 + 7,864 + 2,797 + 5,682
= ft
40
0,554
3.150,448
5,682
53,620
0,0000415
2,273 35
7,867
2,797
0,001143
0,087) x(0,554)x(
) 289 , 74 ( μ
D x V
x
d. Menentukan Friksi, ∑ F
∑ F = (4.f.V2.∑L) / (2.gc.D)
= (4 . 0,015 . 0,5542 . 53,620) / (2 . 32,174 . 0,087) = ft.lbf/lbm
e. Kerja yang Diperlukan, Wf Dari persamaan Bernoulli : ½ α gc (v2
2 – v1
2
) + g/gc (z2 – z2) + (P2 – P1)/ρ + Σ F + Ws = 0 Dimana v1 = v2; ∆v
2
= 0; P1 = P2; ∆P = 0 Maka :
Tinggi pemompaan ∆z = 10 m = 32,81 ft
0 + 32,174/32,174 (32,81) + 0 + 0,176 + Ws = 0
- Ws = ft.lbf/lbm
f. Daya Pompa, Wp
Wp = - Ws.Q.ρ/550
= 32,984 x 0,003325 x 74,289 / 550
= Hp
Efisiensi pompa 80%
Daya aktual motor = 0,015 / 0,8
= Hp
Digunakan pompa daya standar 1/8 Hp
C.6 Tangki Pelarutan HCl (TP-01)
Fungsi :
Jenis Konstruksi : Tangki berpengaduk dengan alas tutup ellipsiodal Bahan Konstruksi : Carbon steel SA-285 grade C
Jumlah : 1 unit
Kondisi Operasi :
- Temperatur = 30oC
- Tekanan = 1 atm
32,984
0,015
0,019
Mencampurkan HCl dan H2O untuk membuat larutan HCl 30%
- Faktor Kelonggaran = 20%
- Laju Alir Massa = kg/jam
- Densitas Campuran = kg/m3
- Viskositas campuran = cP
Perhitungan :
a. Volume Tangki
Volume larutan (Vl) = (1.344,551 / 1.057)
= m3
Faktor kelonggaran = 20%
Volume tangki = (1 + 0,2) x Vl = 1,2 x 1,272
= m3
b. Diameter dan Tinggi Tangki
Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki : Hs : D = 1 : 1
Volume silinder =
Volume 2 tutup (Vh) ellipsiodal = 1,272
1,526
Tutup dan alas tangki berbentuk ellipsiodal dengan rasio axis major terhadap minor 2 : 1, sehingga tinggi head (Hh) = 1/6 D (Brownell & Young, 1959).
1.344,551 1.057 1,7
3 2
D 4 μ Hs D 4
μ
3 2 2
D
12
μ
2
x
D
6
1
D
4
μ
2
Hh x
D
4
μ
3
3 3
D 12 4μ Vt
D 12
μ D 4 μ Vt
Vh Vs Vt
Diameter tangki =
= m = in
Tinggi silinder (Hs) = D = m
Tinggi tutup ellipsiodal (Hh) = 1/6 x D
= 1/6 x 1,134 m = m
Tinggi tangki (HT) = Hs + (2 x Hh)
= 1,134 + (2 x 0,189) = m
b. Tekanan Desain
Tinggi bahan dalam tangki (Hc) = (vl / Vt) x HT
= (1,272 / 1,526) x 1,512
= m
Phidrostatik = x g x Hc
= 1.057 x 9,8 x 1,260
= Pa
= kPa
PO = Tekanan Operasi = 1 atm = 101,325 kPa
Faktor Kelonggaran = 20%
Pdesain = (1 + 1) x (Phidrostatik + PO) = 2 x (13,048 + 101,325)
= kPa
= atm = psi
c. Tebal Dinding Tangki (bagian silinder)
- Joint effieciency, E :
- Allowable stress, S : psia
- Corrosion Allowance, CA : 0,125 in / tahun - Umur alat direncanakan, n : 10 tahun
1,134
0,189
1,134 44,633
1,512
3,463 1,260
13.048,240 13,048
23,875 0,236
Direncanakan menggunakan bahan konstruksi Carbon steel SA-285 grade C , diperoleh data : (Peters & Timmerhaus, 1991)
0,850 13.700 3
4π 2Vt 1
3
4π 2x1,526 1
- Tebal jaket, dt =
(Peters & Timmerhaus, 1991) Dimana :
d = tebal dinding tangki bagian silinder (in) P = tekanan desain (psi)
R = jari-jari dalam tangki (in) = D / 2 S = allowable working stress
CA = corrosion allowance
n = umur alat yang direncanakan E = efisiensi sambungan
dt = = in
Dipilih tebal dinding standar = 2 in (Brownell & Young, 1959)
d. Tebal Dinding Head
- Joint effieciency, E :
- Allowable stress, S : psia
- Corrosion Allowance, CA : 0,125 in / tahun - Umur alat direncanakan, n : 10 tahun
dh =
(Peters & Timmerhaus, 1991) Dimana :
d = tebal dinding head (in) P = tekanan desain (psi) R = jari-jari dalam tangki (in) S = allowable working stress CA = corrosion allowance
1,257
Direncanakan menggunakan bahan konstruksi Carbon steel SA-285 grade C , diperoleh data : (Peters & Timmerhaus, 1991)
0,850 13.700
n CA x P
0,6 -E S.
R x P
CA x n P
0,6 -E S.
R x P
n CA x P
0,2 -E 2.S.
D x
P
10 x 125 , 0 3,463 x 0,6 -0,85 x 13.700
44,644/2 x
3,463
n = umur alat yang direncanakan E = efisiensi sambungan
dh = = in
Dipilih tebal dinding standar = 2 in (Brownell & Young, 1959)
f. Pengaduk (impeller)
Jenis :
Kecepatan Putaran, N : 60 rpm = 1 rps
Efisiensi Motor : 80% (Peters & Timmerhaus, 1991) Pengaduk didesain dengan standar berikut :
Da : Dt = 1 : 3 (Geankoplis, 2003)
W : Da = 1 : 8 (Geankoplis, 2003)
C : Dt = 1 :3 (Geankoplis, 2003)
4 Baffle : Dt / J = 12 (Geankoplis, 2003) dimana :
Da = diameter pengaduk Dt = diameter tangki W = lebar daun pengaduk
C = jarak pengaduk dari dasar tangki Jadi :
- Diameter pengaduk, Da : 1/3 x Dt = 1/3 x 1,134 = m - Lebar daun pengaduk, W : 1/5 x Da = 1/8 x 0,378 = m - Tinggi pengaduk dari dasar, C : 1/3 x Dt = 1/3 x 1,134 = m
- Lebar baffle, J : 1/12 x Dt = 1/12 x 1,134 = m
Daya untuk Pengaduk :
Bilangan Reynold, Nre = 88.791,284
0,378 0,047 0,378 0,094 1,257
flat six blade open turbine (turbin datar enam daun)
1000 / 7 , 1
1.057 x 1 x 0,378 μ
.N.ρ
Da2 2
10 x 125 , 0 3,463 x 0,2 -0,85 x 13.700 x 2
44,633 x
3,463
P = Np x x N3 x Da5 = 3 x 1.057 x 13 x 0,3785
= Watt = Hp
Efisiensi motor penggerak = 80%
Daya motor (Pm) = Hp
Digunakan daya standar 1/8 Hp.
C.7 Reaktor Asam (R-01)
Fungsi :
Jenis : Reaktor tangki berpengaduk
Bentuk : Silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsiodal Bahan Konstruksi : Carbon steel SA-285 grade C
Jenis Pengaduk : Flat six blade open turbine Jenis Sambungan : Double welded butt joins Jumlah Baffle : 4 buah
Jumlah : 3 unit
Reaksi yang terjadi : CaCO3(s) + 2 HCl(aq) →CaCl2(s) + CO2(g) + H2O(l)
Perhitungan :
a. Waktu Tinggal (τ) Reaktor
XA = 0,99 CAO =
CA = CAO - (CAO x XA) = 0,033 - (0,033 x 0,99) = 0,000326 M
Asam klorida membutuhkan waktu (τ) 3 jam bereaksi dengan kalsium klorida untuk berubah menjadi kalsium klorida apabila kondisi operasi pada reaktor tercapai (William, dkk, 2002).
Dari figure 3.4-5 (Geankoplis, 2003) dengan menggunakan kurva 2, untuk pengaduk jenis flat six blade open turbine dengan 4 baffle, diperoleh Np = 3. Maka :
24,438 0,033
0,041
Tempat berlangsungnya reaksi pembentukan kalsium klorida dengan penambahan HCl
0,033
8 , 0
b. Ukuran Reaktor
V = τ . Vcampuran
= 1 jam . 1329 liter/jam = m3 Volume larutan, Vl = m3 Faktor kelonggaran = 20%
Volume tangki, VT = (1 + 0,2) . Vl = 1,2 (1,329)
= m3
Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki : Hs : D = 1 : 1
Volume silinder =
Volume 2 tutup (Vh) ellipsiodal =
Diameter tangki =
= m = in
Tinggi silinder (Hs) = D = m
Tinggi tutup ellipsiodal (Hh) = 1/6 x D
= 1/6 x 1,150 m = m
1,329 1,329
1,595
Tutup dan alas tangki berbentuk ellipsiodal dengan rasio axis major terhadap minor 2 : 1, sehingga tinggi head (Hh) = 1/6 D (Brownell & Young, 1959).
Tinggi tangki (HT) = Hs + (2 x Hh)
= 1,150 + (2 x 0,192) = m
b. Tekanan Desain
Tinggi bahan dalam tangki (Hc) = (vl / VT) x HT
= (1,329 / 1,595) x 1,534
= m
Phidrostatik = x g x Hc
= 1.432,193 x 9,8 x 1,278
= Pa
= kPa
PO = Tekanan Operasi = 1 atm = 101,325 kPa
Faktor Kelonggaran = 20%
Pdesain = (1 + 1) x (Phidrostatik + PO) = 2 x (17,942 + 101,325)
= kPa
= atm = psi
c. Tebal Dinding Tangki (bagian silinder)
- Joint effieciency, E :
- Allowable stress, S : psia
- Corrosion Allowance, CA : 0,125 in / tahun - Umur alat direncanakan, n : 10 tahun
- Tebal jaket, dt =
(Peters & Timmerhaus, 1991) Dimana :
d = tebal dinding tangki bagian silinder (in) P = tekanan desain (psi)
R = jari-jari dalam tangki (in) = D / 2
Direncanakan menggunakan bahan konstruksi Carbon steel SA-285 grade C , diperoleh data : (Peters & Timmerhaus, 1991)
0,850 13.700
1,534
1,278
17.941,834 17,942
24,853
0,245 3,605
n CA x P
0,6 -E S.
R x P
CA x n P
0,6 -E S.
R x P
S = allowable working stress CA = corrosion allowance
n = umur alat yang direncanakan E = efisiensi sambungan
dt = = in
Dipilih tebal dinding standar = 1,5 in. (Brownell & Young, 1959)
d. Tebal Dinding Head
- Joint effieciency, E :
- Allowable stress, S : psia
- Corrosion Allowance, CA : 0,125 in / tahun - Umur alat direncanakan, n : 10 tahun
dh =
(Peters & Timmerhaus, 1991) Dimana :
d = tebal dinding head (in) P = tekanan desain (psi) R = jari-jari dalam tangki (in) S = allowable working stress CA = corrosion allowance
n = umur alat yang direncanakan E = efisiensi sambungan
dh = = in
Dipilih tebal dinding standar = 1,5 in (Brownell & Young, 1959) Direncanakan menggunakan bahan konstruksi Carbon steel SA-285 grade C , diperoleh data : (Peters & Timmerhaus, 1991)
f. Pengaduk (impeller)
Jenis :
Kecepatan Putaran, N : 60 rpm = 1 rps
Efisiensi Motor : 80% (Peters & Timmerhaus, 1991) Pengaduk didesain dengan standar berikut :
Da : Dt = 1 : 3 (Geankoplis, 2003)
W : Da = 1 : 8 (Geankoplis, 2003)
C : Dt = 1 :3 (Geankoplis, 2003)
4 Baffle : Dt / J = 12 (Geankoplis, 2003) dimana :
Da = diameter pengaduk Dt = diameter tangki W = lebar daun pengaduk
C = jarak pengaduk dari dasar tangki Jadi :
- Diameter pengaduk, Da : 1/3 x Dt = 1/3 x 1,150 = m - Lebar daun pengaduk, W : 1/5 x Da = 1/8 x 0,443 = m - Tinggi pengaduk dari dasar, C : 1/3 x Dt = 1/3 x 1,150 = m
- Lebar baffle, J : 1/12 x Dt = 1/12 x 1,150 = m
Daya untuk Pengaduk : Bilangan Reynold, Nre =
P = Np x x N3 x Da5 = 3 x 1.432,193 x 13 x 0,443
= Watt = Hp
Efisiensi motor penggerak = 80%
Daya motor (Pm) = Hp
flat six blade open turbine (turbin datar enam daun)
0,443 0,055 0,443 0,111
165.441,608
0,123
Dari figure 3.4-5 (Geankoplis, 2003) dengan menggunakan kurva 2, untuk pengaduk jenis flat six blade open turbine dengan 4 baffle, diperoleh Np = 3. Maka :
73,427 0,098
1000 / 7 , 1
1.432,193 x
1 x 0,443 μ
.N.ρ
Da2 2
8 , 0
Digunakan daya standar 1/8 Hp.
g. Jaket Pemanas
Dari neraca panas, jumlah steam pemanas yang diperlukan = 22,610 kg/jam. Volume spesifik steam pada suhu 100oC adalah 1,694 m3/kg.
Laju volumetrik steam = m3/s
Diameter dalam jaket (D1) = Diameter silinder + tebal silinder = 45,295 + 2
= = m
Ditetapkan jarak jaket (γ) = 5 in, sehingga : Diameter luar jaket (D2) = 2γ + D1
= (2 . 5) + 47,295
= = m
Luas yang dilalui steam (A) = /4 (D22 - D12)
= m2
Kecepatan superfisial air steam, v :
v = m/jam
- Joint effieciency, E :
- Allowable stress, S : psia
- Corrosion Allowance, CA : 0,125 in / tahun - Umur alat direncanakan, n : 10 tahun
- Tebal jaket, dt =
(Peters & Timmerhaus, 1991) Dimana :
d = tebal dinding jaket pemanas (in) P = tekanan desain (psi)
0,850 18.700
0,001
47,295 1,201
57,295 1,455
0,530
15,133
Direncanakan menggunakan bahan konstruksi Stainless steel SA-240 grade 314 diperoleh data : (Peters & Timmerhaus, 1991)
n CA x P
0,2 -E 2.S.
D x
P
3600
1,694 x 610 , 22
0,530 8,023 A
R = jari-jari dalam tangki (in) S = allowable working stress CA = corrosion allowance
n = umur alat yang direncanakan E = efisiensi sambungan
dt = = in
Dipilih tebal dinding standar = 1,5 in (Brownell & Young, 1959)
C.8 Pompa (P-02)
Fungsi :
Jenis : Positive displacement (Rotary pump) Bahan konstruksi : Commercial Steel
Jumlah : 1 unit
Kondisi Operasi :
- Temperatur = 1 atm
- Tekanan = 30oC
- Laju alir massa = kg/jam = lbm/s
- Densitas campuran = kg/m3= lbm/s
- Viskositas campuran = cP = lbm/ft.s
- Laju alir volumetrik, Q = F/p = 1,018 / 89,408 = ft3/s
= m3/s
Perhitungan :
a. Spesifikasi :
De = 3 x Q0,36 x 0,18 (Peters & Timmerhaus, 1991) = 3 x 0,0113890,36 x 89,4080,18
= in
0,011381 0,000322
Untuk memompa hasil keluaran R-01 menuju Reaktor Penetral (R-02)
1,255
1,018
1.432 89,408
1,7 0,0011423
1.661,562
Perhitungan pompa (P-02) analog dengan perhitungan pompa tangki penampungan HCl (P-01).
1,345
10) x 125 , 0 ( 3,605 x 0,2 -0,85 x 13.700 x 2
45,295 x
3,605
Dari App. A.5-1, Geankoplis, 2003 dipilih pipa dengan spesifikasi : - Ukuran pipa nominal = 2,0 in
- Schedule pipa =
- Diameter dalam (ID) = 2,067 in = 0,172 ft = 0,053 m - Diameter luar (OD) = 2,375 in = 0,198 ft = 0,060 m - Luas penampang dalam (Ai) = 0,023 ft2
b. Pengecekan Bilangan Reynold, Nre
Kecepatan rata-rata, V :
V = Q / Ai = 0,0011