PERHITUNGAN NERACA MASSA PERHITUNGAN NERACA MASSA

Dalam melakukan perhitungan neraca massa di sekitar Saturator diperlukan Dalam melakukan perhitungan neraca massa di sekitar Saturator diperlukan perhitungan

perhitungan menyeluruh menyeluruh dari dari neraca masneraca massa satusa saturator-rator-centrifgecentrifge-kondensor. Berikut-kondensor. Berikut ini gambaran perhitungan yang akan dilakukan :

ini gambaran perhitungan yang akan dilakukan :

Gambar 1.

Gambar 1. Blok Blok Diagram Saturator-CentrDiagram Saturator-Centrifuge-Kondensifuge-Kondenserer

1. Menghitung ammonia umpan dalam bentuk gasMenghitung ammonia umpan dalam bentuk gas

Diketahui kadar ammonia gas sebesar 99,9% berat. Sehingga bisa dicari NH Diketahui kadar ammonia gas sebesar 99,9% berat. Sehingga bisa dicari NH₃₃dandan H2O masuk sebagai berikut :

H2O masuk sebagai berikut :

NH33, in = 7,7442 ton/jam, in = 7,7442 ton/jam H

H22O, pada NHO, pada NH33 = 7,752 ton/jam – 7,7442 ton/jam = 7,752 ton/jam – 7,7442 ton/jam

= 0,0078 ton/jam

2. Menghitung Asam Sulfat UmpanMenghitung Asam Sulfat Umpan Diketahui Kadar H

Diketahui Kadar H₂₂SOSO₄₄ sebesar 98,01% sebesar 98,01%

H22SOSO44, in = 0,9801 x Umpan H, in = 0,9801 x Umpan H22SOSO44

= 0,9801 x 21,96 ton/jam

= 21,5881 ton/jam

= 21,5881 ton/jam H

H₂₂O, pada HO, pada H₂₂SOSO₄₄ = 21,96 ton/jam – 21,5881 ton/jam = 21,96 ton/jam – 21,5881 ton/jam

= 0,3719 ton/jam

= 0,3719 ton/jam 3.

3. Neraca Massa Keseluruhan (Saturator-Centrifuge-Kondensor)Neraca Massa Keseluruhan (Saturator-Centrifuge-Kondensor)



 Untuk komponen AmmoniaUntuk komponen Ammonia

Berdasarkan gambar tersebut terlihat bahwa ammonia yang masuk akan sama Berdasarkan gambar tersebut terlihat bahwa ammonia yang masuk akan sama dengan ammonia yang bereaksi. Hal ini dikarenakan asumsi bahwa tidak ada dengan ammonia yang bereaksi. Hal ini dikarenakan asumsi bahwa tidak ada ammonia yang terbawa keluar centrifuge dan terbuang ke udara.

ammonia yang terbawa keluar centrifuge dan terbuang ke udara.

NH33, in = NH, in = NH33 yang bereaksi yang bereaksi NH

NH33 yang bereaksi = 7,7443 ton/jam yang bereaksi = 7,7443 ton/jam

= 0,4555 ton mol/jam



 Untuk komponen Ammonium SulfatUntuk komponen Ammonium Sulfat

Tidak ada ZA yang masuk melalui arus input, sehingga jumlah ZA yang Tidak ada ZA yang masuk melalui arus input, sehingga jumlah ZA yang bereaksi nilain

bereaksi nilainya akan sama dengan ZA yang keluya akan sama dengan ZA yang keluar centrifugear centrifuge ZA

ZA yang yang bereaksi bereaksi = = ZA, ZA, 44



 ½ ½ NH3 NH3 yang yang bereaksi bereaksi = = ZA, ZA, 44



 ZA, ZA, 4 4 = = ½ ½ NH3 NH3 yang yang bereaksibereaksi



 ZA, ZA, 4 4 = = 0,2278 0,2278 ton ton mol/jammol/jam



 ZA, ZA, 4 4 = = 29,3179 29,3179 ton/jamton/jam



 Menghitung Kandungan Keluar Menghitung Kandungan Keluar CentrifugeCentrifuge Diketahui

Diketahui Kadar Kadar Air Air = = 0,825%0,825%

Kadar H

Kadar H22SOSO44 = 0,049% = 0,049%

Kadar

Kadar ZA ZA = = 99,126%99,126%

ZA,

ZA, 4 4 = = 29,3179 29,3179 ton/jamton/jam H

H²²SOSO⁴⁴, , 4 4 === 0,0144 ton/jam= 0,0144 ton/jam

, , , , ××29,3 29,3179 179 / / 

H22O O ==

, ,

,

, ××29,3 29,3179 179 / / 

= 0,2440 ton/jam



 Untuk komponen HUntuk komponen H₂₂OO

Air yang terbawa umpan NH

Air yang terbawa umpan NH33 dan H dan H22SOSO44 nilainya akan sama dengan H nilainya akan sama dengan H22OO yang terbawa kristal ZA keluar centrifuge ditambah dengan H

yang terbawa kristal ZA keluar centrifuge ditambah dengan H22O lolos keO lolos ke



 H H22O, udara = 0,0078 + 0,3719 – 0,2440O, udara = 0,0078 + 0,3719 – 0,2440



 H H22O, udara = 0,1356 ton/jamO, udara = 0,1356 ton/jam



 Untuk Udara Pengaduk Untuk Udara Pengaduk

Udara dimasukkan ke Saturator berguna sebagai pengaduk di dalam Saturator Udara dimasukkan ke Saturator berguna sebagai pengaduk di dalam Saturator agar kristal ZA yang terbentuk tidak menumpuk dan mengendap di bagian agar kristal ZA yang terbentuk tidak menumpuk dan mengendap di bagian bawah Saturator.

bawah Saturator.

Berdasarkan data lapangan diperoleh nilai kecepatan masuk udara sebesar Berdasarkan data lapangan diperoleh nilai kecepatan masuk udara sebesar 400 Nm

400 Nm³³/jam (rate pada tekanan 1 atm dan suhu 0/jam (rate pada tekanan 1 atm dan suhu 0^o^oC). Udara masuk SaturatorC). Udara masuk Saturator pada

pada suhu suhu 7070^o^oC dan tekanan 1,5 atm. Sehingga perlu dicari terlebih dahuluC dan tekanan 1,5 atm. Sehingga perlu dicari terlebih dahulu rate masuk udara pada kondisi input tersebut. Dalam perhitungan rate masuk udara pada kondisi input tersebut. Dalam perhitungan diasumsikan udara

diasumsikan udara mengikuti mengikuti persamaan gas persamaan gas ideal dikarenakan tekanan ideal dikarenakan tekanan yangyang masih rendah di bawah 10 atm.

masih rendah di bawah 10 atm.

Persamaan Gas Ideal : Persamaan Gas Ideal :

PV = nRT PV = nRT Dengan,

Dengan, P P = = tekanan tekanan udaraudara V =

V = volume volume udaraudara n

n = = jumlah jumlah mol mol udaraudara R

R = = konstanta konstanta gas gas idealideal T

T = = suhu suhu mutlak mutlak udara udara (dalam (dalam Kelvin)Kelvin)

Sehingga bisa dicari nilai rate saat tekanan 1,5 atm dan suhu 70 Sehingga bisa dicari nilai rate saat tekanan 1,5 atm dan suhu 70^o^oC :C :

  ^ ^ = =   ^ ^     ^ ^ ^ ^

 ^ = =   ^ ^ ××   ^ ^ × ×  ^

 ^ = = ((0+273 0+273)) ×  ×1,1,5 5   ××40400 0  ^ / /

1  ×

1  ×((70+273 70+273))

 ^ = = 335,042 335,0427  7  ^ / /

Kemudian dicari nilai laju massa berdasarkan flowrate di atas : Kemudian dicari nilai laju massa berdasarkan flowrate di atas :



  == 1,5   335,0427  1,5   335,0427  ^ / /

82,06 

82,06 ((70 70 ++272733))  28,8   28,8

  = 0,5167 / = 0,5167 /

4. Neraca Massa Komponen di Sekitar Neraca Massa Komponen di Sekitar SaturatorSaturator

Gambar 3. Sistem Saturator yang Ditinjau Gambar 3. Sistem Saturator yang Ditinjau



 Untuk komponen NHUntuk komponen NH₃₃

Ammonia yang masuk ke dalam Saturator (dari umpan dan yang terbawa air Ammonia yang masuk ke dalam Saturator (dari umpan dan yang terbawa air kondensat) nilainya akan sama dengan ammonia yang bereaksi ditambah sisa kondensat) nilainya akan sama dengan ammonia yang bereaksi ditambah sisa ammonia yang tidak bereaksi yang terbawa udara dan uap air.

ammonia yang tidak bereaksi yang terbawa udara dan uap air.

NH3, in + NH3, 2 - NH3 yang bereaksi = NH3, 1 NH3, in + NH3, 2 - NH3 yang bereaksi = NH3, 1

Berdasarkan simulasi menggunakan softwere ASPEN, untuk ukuran reaktor Berdasarkan simulasi menggunakan softwere ASPEN, untuk ukuran reaktor 47

47 mm³³ dan konstanta kecepatan reaksi k = 3,8467 x 10 dan konstanta kecepatan reaksi k = 3,8467 x 10¹⁰¹⁰ mol/cm mol/cm³³.detik maka.detik maka diperkirakan konversi NH

diperkirakan konversi NH33 sebesar 99,5%. Maka sebesar 99,5%. Maka



 NH NH33, 2 =, 2 =

(  – , ,) (  – , ,)

,



 NH NH³³, 2 =, 2 =

(,  / ,  ,  /) (,  / ,  ,  /)

,



 NH NH33, 2 = 0,0023 ton mol/jam, 2 = 0,0023 ton mol/jam



 NHNH₃₃, 2 = 0,0389 ton/jam (merupakan ammonia yang terlarut dalam air, 2 = 0,0389 ton/jam (merupakan ammonia yang terlarut dalam air kondensat masuk Saturator)

kondensat masuk Saturator)



 Untuk komponen HUntuk komponen H₂₂OO

Air yang dibawa oleh umpan NH

Air yang dibawa oleh umpan NH33 dan H dan H22SOSO44 ditambah air yang ada di ditambah air yang ada di mother liquor ditambah dengan air kondensat masuk Saturator akan sama mother liquor ditambah dengan air kondensat masuk Saturator akan sama dengan uap air yang terbentuk ditambah dengan air yang keluar saturator dengan uap air yang terbentuk ditambah dengan air yang keluar saturator melalui lubang bawah Saturator.

melalui lubang bawah Saturator.

H22O, pada NHO, pada NH33 + H + H22O, pada HO, pada H22SOSO44 + H + H22O, 5 + HO, 5 + H22O, 2 = HO, 2 = H22O, 1 + HO, 1 + H22O, 3O, 3

Persamaan di atas belum bisa diselesaikan karena nilai H2O, 5 (air yang ada Persamaan di atas belum bisa diselesaikan karena nilai H2O, 5 (air yang ada di ML); H2O, 1 (uap air terbentuk); dan H2O, 3 (air yang keluar Saturator) di ML); H2O, 1 (uap air terbentuk); dan H2O, 3 (air yang keluar Saturator) belum diketahui.

belum diketahui.

5. Neraca Massa Komponen di CentrifugeNeraca Massa Komponen di Centrifuge

Diketahui data arus keluar Saturator (masuk Centrifuge) : Diketahui data arus keluar Saturator (masuk Centrifuge) : Kristal ZA : Larutan = 50 : 50

Kristal ZA : Larutan = 50 : 50

Dimana Larutan disitu merupakan gabungan antara larutan

Dimana Larutan disitu merupakan gabungan antara larutan mother liquormother liquor yang direcycle ke Saturator dan air serta asam sulfat yang terbawa oleh kristal yang direcycle ke Saturator dan air serta asam sulfat yang terbawa oleh kristal ZA keluar centrifuge.

ZA keluar centrifuge.

Berdasarkan perhitungan di poin (3) di dapat : Berdasarkan perhitungan di poin (3) di dapat :

ZA keluar centrifuge = Kristal ZA = 29,3179 ton/jam ZA keluar centrifuge = Kristal ZA = 29,3179 ton/jam Air keluar centrifuge = 0,2440 ton/jam

Air keluar centrifuge = 0,2440 ton/jam H

H₂₂SOSO₄₄ keluar centrifuge = 0,0144 ton/jam keluar centrifuge = 0,0144 ton/jam

= 29,3179 - 0,2440 - 0,0144

= 29,0595 ton/jam

Dimana berdasarkan data lapangan komposisi pada ML yaitu Dimana berdasarkan data lapangan komposisi pada ML yaitu Berat ZA : Berat Air = 45,5 : 54,5

Berat ZA : Berat Air = 45,5 : 54,5

Sehingga bisa dicari ZA jenuh yang ada di ML dan kandungan airnya Sehingga bisa dicari ZA jenuh yang ada di ML dan kandungan airnya ZA di mother liquor = ZA, 5 =

ZA di mother liquor = ZA, 5 =

, ,



 

29,0595 ton/jam 29,0595 ton/jam

= 13,2221 ton/jam

= 13,2221 ton/jam H

H₂₂O di mother liquor = HO di mother liquor = H₂₂O, 5 = 29,0595 – 13,2221 = 15,8374 ton/jamO, 5 = 29,0595 – 13,2221 = 15,8374 ton/jam

Sehingga bisa disimpulkan arus masuk centrifuge sebagai berikut : Sehingga bisa disimpulkan arus masuk centrifuge sebagai berikut : ZA,

ZA, 3 3 = ZA = ZA kristal kristal + + ZA ZA didimother liquormother liquor

= 29,3179 + 13,2221

= 42,54 ton/jam

= 42,54 ton/jam H

H22O, O, 3 3 = = HH22O terbawa di kristal keluar centrifuge + HO terbawa di kristal keluar centrifuge + H22O diO di mother liquormother liquor

= 0,2440 + 15,8374

= 16,0814 ton/jam

= 16,0814 ton/jam H

H₂₂SOSO₄₄, , 3 3 = = 0,0144 ton/jam0,0144 ton/jam

6. Neraca Massa Komponen di Sekitar Neraca Massa Komponen di Sekitar KondensorKondensor Neraca

Neraca ini ini berguna berguna untuk untuk mengetahui mengetahui air air kondensat kondensat yang yang masuk masuk SaturatorSaturator yang belum diketahui serta air yang berubah menjadi uap.

yang belum diketahui serta air yang berubah menjadi uap.



 Untuk komponen NHUntuk komponen NH₃₃

Jumlah ammonia sisa reaksi (ammonia yang terbawa ke atas) nilainya sama Jumlah ammonia sisa reaksi (ammonia yang terbawa ke atas) nilainya sama dengan jumlah ammonia lolos ke udara ditambah dengan ammonia yang dengan jumlah ammonia lolos ke udara ditambah dengan ammonia yang direcycle ke saturator bersama air kondensat.

direcycle ke saturator bersama air kondensat.

larut terhadap air, sehingga sangat dimungkinkan sebagian besar ammonia larut terhadap air, sehingga sangat dimungkinkan sebagian besar ammonia akan larut di dalam air kondensat dan akan masuk kembali ke Saturator.

akan larut di dalam air kondensat dan akan masuk kembali ke Saturator.

NH33, 1 = NH, 1 = NH33, 2 = 0,0389 ton/jam, 2 = 0,0389 ton/jam



 Untuk UdaraUntuk Udara

Udara yang diinputkan ke Saturator sebagai pengaduk semuanya akan keluar Udara yang diinputkan ke Saturator sebagai pengaduk semuanya akan keluar ke lingkungan dengan membawa uap air yang lolos ke lingkungan.

ke lingkungan dengan membawa uap air yang lolos ke lingkungan.



 ^{Untuk H}^{Untuk H}²²^O^O

Air yang menjadi uap keluar Saturator nilainya akan sama dengan jumlah air Air yang menjadi uap keluar Saturator nilainya akan sama dengan jumlah air kondensat (uap air yang berhasil dikondensasi) ditambah dengan uap air yang kondensat (uap air yang berhasil dikondensasi) ditambah dengan uap air yang lolos ke lingkungan (uap air sisa yang tidak terkondensasi).

lolos ke lingkungan (uap air sisa yang tidak terkondensasi).

H22O, 1 = HO, 1 = H22O, udara + HO, udara + H22O, 2O, 2

Laju massa air di sekitar kondenser yang sudah terhitung sebelumnya yaitu : Laju massa air di sekitar kondenser yang sudah terhitung sebelumnya yaitu : H

H22O yang lolos ke udara = HO yang lolos ke udara = H22O, udara = 0,1356 ton/jamO, udara = 0,1356 ton/jam

Untuk menghitung nilai H

Untuk menghitung nilai H22O, 1 dan HO, 1 dan H22O, 2 maka diperlukan data dari PPEO, 2 maka diperlukan data dari PPE berikut ini :

berikut ini :

Heat duty dari kondenser = 9.000.000 kcal/jam Heat duty dari kondenser = 9.000.000 kcal/jam

= 49.095.912,13 kJ/jam

= 49.095.912,13 kJ/jam Mencari panas pengembunan air pada suhu 105

Mencari panas pengembunan air pada suhu 105^o^oC dengan menggunakanC dengan menggunakan persamaan yang ada di Y

persamaan yang ada di Yaws berikut ini :aws berikut ini :

 = 52,0531 −

 = 52,0531 −  647,13 647,13 ^{,} ^{,}

 = 52,0531 −

 = 52,0531 −((10105 + 5 +272733))

647,13

647,13  ^{,} ^{,}

 = 39,2767 /

Mencari jumlah air kondensat dengan cara memperkirakan seberapa banyak Mencari jumlah air kondensat dengan cara memperkirakan seberapa banyak kondenser mampu menkondensasi uap air dengan beban panas yang telah kondenser mampu menkondensasi uap air dengan beban panas yang telah diketahui memalui data lapangan.

diketahui memalui data lapangan.

.., / .., /

, /

= 1.250.000 mol/jam = 22,5 ton/jam

= 1.250.000 mol/jam = 22,5 ton/jam Sehingga H

Sehingga H22O, 2 = 22,5 ton/jamO, 2 = 22,5 ton/jam Berdasarkan persamaan di atas : Berdasarkan persamaan di atas : H

H₂₂O, 1 = HO, 1 = H₂₂O, 2 + HO, 2 + H₂₂O, udaraO, udara

= 22,5 + 0,1356

= 22,6356 ton/jam (merupakan air yang menguap)

Berdasarkan semua perhitungan neraca massa di atas maka dapat disimpulkan Berdasarkan semua perhitungan neraca massa di atas maka dapat disimpulkan neraca massa di sekitar Saturator adalah sebagai berikut :

neraca massa di sekitar Saturator adalah sebagai berikut : Aliran

Aliran Masuk Masuk Aliran Aliran KeluarKeluar Komponen

Komponen Massa Massa (dalam(dalam ton/jam) ton/jam)

Komponen

Komponen Massa Massa (dalam(dalam ton/jam) ton/jam) Aliran Umpan NH

Aliran Umpan NH₃₃ Aliran Aliran Hasil Hasil Keluar Keluar (3)(3) NH

NH33 7,7442 7,7442 ZA ZA kristal kristal 29,317929,3179 H

H22O O 0,0078 0,0078 ZA ZA cair cair jenuh jenuh 13,222113,2221 Aliran Umpan H

Aliran Umpan H₂₂SOSO₄₄ HH₂₂O O 16,081416,0814 H

H22SOSO44 21,5881 21,5881 HH22SOSO44 0,01440,0144 H

H22O O 0,37190,3719 Aliran Uap ke Atas (1)Aliran Uap ke Atas (1) Aliran Mother Liquor (5)

Aliran Mother Liquor (5) HH22O O 22,635622,6356 ZA

ZA 13,2221 13,2221 NHNH₃₃ 0,03890,0389

H22O O 22,500022,5000 NH

NH33 0,03890,0389 Aliran Udara Masuk

Aliran Udara Masuk

Udara 0,5167

TOTAL

TOTAL 81,8271 81,8271 TOTAL TOTAL 81,827181,8271

Dalam dokumen Kerja Praktek di PT Petrokimia Gresik (Halaman 115-124)

PERHITUNGAN NERACA MASSA PERHITUNGAN NERACA MASSA

, , , , ××29,3 29,3179 179 / / 

, ,

,

, ××29,3 29,3179 179 / / 

    = =            

  = =     ××     × ×  

  = = ((0+273 0+273)) ×  ×1,1,5 5   ××40400 0   / /

1  ×

1  ×((70+273 70+273))

  = = 335,042 335,0427  7   / /





  == 1,5   335,0427  1,5   335,0427   / /

82,06 

82,06 ((70 70 ++272733))  28,8   28,8

  = 0,5167 / = 0,5167 /

(  – , ,) (  – , ,)

,

,

(,  / ,  ,  /) (,  / ,  ,  /)

,

,

, ,



 

 = 52,0531 −

 = 52,0531 −  647,13 647,13 , ,

 = 52,0531 −

 = 52,0531 −((10105 + 5 +272733))

647,13

647,13  , ,

 = 39,2767 /

 = 39,2767 /

.., / .., /

, /

, /

  ^ ^ = =   ^ ^     ^ ^ ^ ^

 ^ = =   ^ ^ ××   ^ ^ × ×  ^

 ^ = = ((0+273 0+273)) ×  ×1,1,5 5   ××40400 0  ^ / /

 ^ = = 335,042 335,0427  7  ^ / /

  == 1,5   335,0427  1,5   335,0427  ^ / /

 = 52,0531 −  647,13 647,13 ^{,} ^{,}

647,13  ^{,} ^{,}