Perhitungan NPV dan IRR - ANALISA EKONOMI

BAB IV ANALISA EKONOMI

4.8 Perhitungan NPV dan IRR

Evaluasi kelayakan Internal Rate Of Return dapat dilakukan menggunakan metode discounted cash flow. Evaluasi ini digunakan untuk memperkirakan keuntungan yang diperoleh setiap tahun didasarkan pada jumlah investasi yang tidak kembali pada setiap tahun selama umur ekonomi. Perhitungan dilakukan dengan menghitung nilai waktu dari cash flow. Prosedur trial-and-error digunakan untuk menentukan nilai IRR yang dapat digunakan untuk menentukan cash flow tahunan sehingga nilai investasi awal dikurangi cash flow setiap tahun selama umur pabrik dan nilai sisa serta working capital menjadi nol (FCI+WCI = CF + WCI + SV). Nilai cash flow, working capital dan nilai sisa pada masa depan dibawa ke nilai masa sekarang. Sehingga,

FCI + WCI = CF (P/A, i, n) + WCI (P/F, i, n) + SV (P/F, i, n) Cash Flow = Laba bersih + Depresiasi

Present Value = Cash Flow x Discount Factor Discount Factor = 1/(1 + I)n

Umur pabrik (n) = 10

I = ROI

n = tahun pada saat cash flow dihitung

Pada saat harga Total Present Value = TCI, maka I disebut Internal Rate of Return (IRR). Perhitungan IRR dapat dilihat pada Tabel 4.16.

Tabel 4. 16 Perhitungan Internal Rate Of Return Tahun Depresiasi

(US $)

Cash Flow (US $)

Discount Factor

Net Present Value (US $) 1 4.987.462,15 21.571.093,03 0,66 14.160.809,52 2 4.488.715,94 25.047.997,51 0,33 8.221.649,25 3 3.989.969,72 28.524.901,99 0,22 6.241.929,16 4 3.491.223,51 28.911.825,38 0,16 4.744.947,92 5 2.992.477,29 29.270.560,22 0,13 3.843.058,18 6 2.493.731,08 33.920.802,59 0,11 3.711.340,48 7 1.994.984,86 33.857.320,64 0,09 3.175.195,54 8 1.496.238,65 33.753.985,98 0,08 2.769.816,56 9 997.492,43 33.606.086,35 0,07 2.451.271,18 10 2.193.168,31 33.408.427,33 0,07 2.193.168,31 Total (US $) 51.513.186,11

BAB V KESIMPULAN

Pabrik asam nitrat yang dirancang di rencanakan akan mulai beroperasi pada tahun 2025 di Palembang, Sumatera Selatan dengan kapasitas 55.000 ton/tahun. Berdasarkan evaluasi teknik maupun ekonomi, dapat disimpulkan beberapa poin, yaitu :

1. Lingkung Pra-Rancangan : Pra-Rancangan Pabrik Asam Nitrat 2. Bahan Baku : Ammonia dan Udara

3. Pemilihan Proses : Proses Ostwald 4. Kapasitas Produksi : 55.000 ton/tahun

5. Lokasi : Palembang, Sumatera Selatan 6. Bentuk Perusahaan : Perseroan Terbatas (PT)

7. Pengadaan Modal : Modal sendiri 40%, Modal Bank 60%

8. Total Capital Investment : Rp. 743.723.390.439,24 9. Total Production Cost : Rp. 416.702.274.249,81 10. Analisis Ekonomi

Break Event Point : 21,96% Kapasitas ROI After Taxes : 53,32 %

Pay Out Time : 1,70 Tahun

IRR : 52 %

Berdasarkan hasil evaluasi teknik maupun ekonomi pada Pra-Rancangan Pabrik Asam Nitrat dengan kapasitas 55.000 ton/tahun layak (feasilible) dan menguntungkan (profitable).

DAFTAR PUSTAKA

[1] Shreve, Chemical Process Industries, 5th edition, Tokyo : Mc. Graw Hill Book Co, 1977.

[2] B. P. Statistik, "bps.go.id," Badan Pusat Statistik, 19 Mei 1997. [Online].

Available: bps.go.id/exim/. [Accessed 8 Januari 2022].

[3] M. S. a. K. D. T. Peters, Plant Design and Economics for Chemical Engineers 4th edition, USA: McGraw-Hill Book Company, 1991.

[4] Google, "Google Maps," Google, 08 Februari 2005. [Online]. Available:

https://earth.google.com/web/search/Palembang,+Palembang+City,+South +Sumatra/ [Diakses pada: 22 Januari 2022].

[5] Perry, R.H., and Chilton, C.H, “Chemical Engineer Hand Book”, 7^th edition, Tokyo : Mc. Graw Hill Book Kogakusha Ltd, 1997.

[6] Badan Pusat Statistik. Data Impor Asam Nitrat.

https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/#query=dowtherm. 20 Januari 2022 (22:00)

[7] Ullmanns, Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry 7th edition., New Jersey, USA: John wiley and Sons, Inc, 2007.

[8] Clarke, S. I. dan W. J. Mazzafro, Kirk Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, New York: John Wiley and Sons Inc, 2005.

[9] Merck Group. “Material Safety Data Sheet” of Nitric Acid, German: Merck Group, 2021.

[10] Kirk, R.E., and Othmer, D.F. Encyclopedia of Chemical Tecnology, Vol. 2, New York : The Interscience Encyclopedia Inc, 2000.

[11] Carl.L. Yaws, Chemical Properties, USA : Mc. Graw Hill Inc, 1980.

[12] Vlaming et al, “Nitric Acid Production” United States Patent vol. No.

5985230, United Kingdom : U.S. Patent Office, 1999.

[13] Yuwono, Pandemi Resistensi Antimikroba: Belajar dari MRSA, Palembang:

Universitas Sriwijaya, 2010.

[14] Effendi. H, Telaah Kualitas Air, Yogyakarta: Kanisius, 2003.

[15] Sastrawijaya, A.Tresna, Pencemaran Lingkungan, Jakarta : Rineka Cipta, 2009.

[16] Schroeder, E.D, Water and Waste water Treatment, New York: McGraw Hill, 1977

[17] Whitfield, M, Sea water as an electro-lyte solution. In : "Chemical Oceanog-raphy”, Swedia : Academic Press, 1975.

[18] S. V. Ness and M.M. Abbott, Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics, Boston: Mc-Graw Hill, 2001

[19] R. Felder and R. W. Rousseau, Elementary Principles of Chemical Processes, Carolina: Wiley, 2005

[20] F. C. a. C. E. D. Vilbrant, Chemical Engineering Plant Design, New York:

McGraw-Hill Book Company, 1959

[21] D. Purwanto, Komunikasi Bisnis, Edisi Kedua, Jakarta: Erlangga, 2003 [22] Matche, "matche.com equipment cost.," Matche, 20 06 2022. [Online].

Available: http://www.matche.com/. [Accessed 20 06 2022].

[23] L. E. a. E. H. Y. Brownell, Process Equipment Design, USA: John Wiley and Sons, Inc, 1959.

[24] G. G. Brown, Unit Operation, New Delhi, India: CBS Publisher and Distributor, 1950.

[25] C. J. Geankoplis, Transport Processes and Unit Operations, New Jersey, USA: Prentice-Hall International, Inc, 1993.

[26] D. Q. Kern, Process Heat Transfer, New York, USA: McGraw-Hill Book Company, 1965.

[27] S. M. Walas, Chemical Process Equipment : Selection and Design 3rd Edition, Washington, USA: Butterworth-Heinemann , 1990.

[28] W. L. J. C. S. a. P. H. McCabe, Unit Operation of Chemical Engineering 5th edition, USA: McGraw-Hill Book Co, 1993.

LAMPIRAN

Kapasitas produksi : ton/tahun

Operasi pabrik : hari/tahun

Basis : kmol reaktan

Satuan massa : kg/jam (kilogram) Bahan baku : Ammonia, udara, dan air

Produk : Asam nitrat

Kapasitas produksi = ton x kg x th x hari

tahun ton hari jam

= kg/jam

Kemurnian asam nitrat = 67 % (yang ada di pasaran)

Impurities (H2O) = 33 %

Basis 100 kmol reaktan Ammonia, udara (Nitrogen, Oksigen), dan Air

(umpan dalam fasa gas)

Umpan fresh ammonia dari storage :

Kemurnian ammonia = % wt (kemurnian NH3 PT. Pusri)

Umpan fresh ammonia =

= kg/jam

LAMPIRAN A

PERHITUNGAN NERACA MASSA

55000 330 100

55000 1000 1 1

330 24

6944,444

Komponen Komposisi kmol BM (kg/jam)

Ammonia 10,6% 10,6 17 180,2

Nitrogen 64,0% 64,7 28 1811,6

Oksigen 18,6% 17,6 32 563,2

Air 7,1% 7,1 18 127,8

Total 100 2682,8

99,500

180,2 (kg/jam) umpan Ammonia 99,5 Persen kemurnian Ammonia 180,2

99,5%

181,1055

Berdasarkan US Patent 005985230A komposisi reaktan yang masuk ke reaktor sebagai berikut :

Impurity (H₂O) = % - kemurnian Ammonia

= % - %

= %

Umpan Air (Impurity) = Persen Impurity x Umpan Fresh Ammonia

= % x kg/jam

= kg/jam

Umpan Oksigen dari Storage : = kg/jam

Umpan N2 = kg/jam

Umpan Air = kg/jam

1. Mix Point -001 (MP-001)

Fungsi : mencampurkan aliran gas amonia dan steam

Gambar : F3 NH₃ Keterangan :

Aliran 1 = Steam dan Utilitas

F2 F5 NH₃ Aliran 2 = Amonia

H₂O H₂O Aliran 3 = Output mix point -01

100

100 99,500

0,500

0,500 181,1055

0,90553 563,2000

(kg/jam) BM kmol

1811,6 127,8

17 0 180,2000 17

Input

F3 F2

(kg/jam) BM kmol

10,6

Air 127,8 18 7,1 0,9055276 18 0,0503

Ammonia 0

Total (kg/jam) 308,9055

Output F5

F3 BM kmol

Komponen

Ammonia 180,2000 17 10,6

Air 128,7055276 18 7,1503

Total (kg/jam) 308,9055

Komponen

2. Reaktor - 01 (R-001)

Fungsi : Tempat terjadinya reaksi oksidasi amonia

Gambar : NO

F9 NO₂ Ket. F5 = output mix point

NH₃ F8 = Inlet Oksigen

H₂O F9 = Output Reaktor-01 (R-01)

O₂

N₂ Katalis = Pt 90 % + Rh 10 %

NH₃ O₂

H₂O F5 N₂

Konversi reaksi utama :

- konversi reaksi 1 = 95 % (sumber : US Patent 005985230) - konversi reaksi 2 = 98 % (sumber : US Patent 005985230)

Reaksi Utama

95 %

1. 4 NH₃ + 5 O2 (g) 4 NO (g) + 6 H2O (g)

Ammonia mula- mula =

17 kg/kmol

= kg/jam

kg/kmol Ammonia mula-mula =

Ammonia bereaksi = % konversi reaksi x Ammonia mula-mula

= x kmol

= kmol

Ammonia sisa = Ammonia mula-mula - Ammonia bereaksi

= kmol - kmol

= kmol

Oksigen mula- mula =

Berat Molekul kg/kmol

= kg/jam

kg/kmol

Oksigen bereaksi = 5 x Ammonia bereaksi 4

= 5 x kmol

= kmol

180,2 (kg/jam) 180,2

17 10,6

95 10,60

100 10,07

10,60 10,07

0,53

(kg/jam) 563,2

10,07 12,59

17,60 kmol

10,60 kmol R-001

Oksigen sisa = Oksigen mula-mula - Oksigen bereaksi

= kmol - kmol

= kmol

Nitrogen Monoksida = 4 x

terbentuk 4

= 4 x kmol

= kmol

Air terbentuk = 6 x Ammonia bereaksi

= 6 x kmol

= kmol

2. %

2 NO + O2 2 NO2

Nitrogen monoksida mula-mula = Nitrogen monoksida terbentuk di reaksi 1

= kmol

Nitrogen monoksida bereaksi = % konversi reaksi x Nitrogen monoksida awal

= x kmol

= kmol

Nitrogen monoksida sisa = NO mula-mula - NO bereaksi

= kmol - kmol

= kmol

Oksigen mula-mula = Oksigen sisa di reaksi 1

= kmol

Oksigen bereaksi = 1 x NO bereaksi

= 1 x kmol

= kmol

Oksigen sisa = Oksigen mula-mula - Oksigen bereaksi

= kmol - kmol

= kmol

Nitrogen dioksida terbentuk = 2 x Nitrogen monoksida bereaksi 2

= 2 x kmol

= kmol

17,60 12,59

5,01

Ammonia bereaksi 10,07

10,07

10,07 15,11

98,00

10,07

98 10,07

100 9,8686

10,07 9,8686

0,2014

5,01

9,8686 4,9343

5,01 4,9343

0,0782

9,8686 9,8686

Neraca Massa Reaktor-01 (R-01)

NH₃ O₂ NO

N₂ NO2 H₂O Total

Neraca Massa Overall Reaktor

3. Absorber Fungsi :

Gambar : F13 F14 NO

NO₂

O₂ Keterangan :

N₂ Output Reaktor

NH₃ Absorben (H2O)

NO Tail Gas

NO₂ Output Absorben

NH3 HNO₃

H₂O H₂O

O₂ F12 F15

N₂

98 %

3. 3 NO₂ + H₂O 2 HNO₃ + NO

= Nitrogen dioksida terbentuk direaksi 2

= kmol

Input Output

kmol BM

(kg/kmol) (kg/jam) kmol BM

(kg/kmol) (kg/jam)

10,60 17 180,200 0,5300 17 9,0100

17,60 32 563,200 0,0782 32 2,5024

0,00 30 0,00 0,2014 30 6,0420

64,7000 28 1811,6000 64,7000 28 1811,6000

0,00 46 0,00 9,8686 46 453,9556

7,150 18 128,7055 22,2553 18 400,5955

2683,7055 2683,7055

Input Output

F5 F8 F9

(kg/jam) (kg/jam) (kg/jam)

NH₃ 180,200 0,000 9,0100

O₂ 0,000 563,200 2,5024

NO 0,000 0,000 6,0420

N₂ 0,000 1811,600 1811,6000

NO2 0,000 0,000 453,9556

H₂O 128,7055 0,000 400,5955

Total 2683,7055 2683,7055

H₂O

F12 F14 F13 F3

9,8686 Nitrogen dioksida

mula-mula

Mengkondensasi gas HNO3 dengan H20 & memisahkan komponen tail gas dari aliran liquid

Komponen Kompo

nen

AB-001

= % konversi reaksi x Nitrogen dioksida mula-mula

= x kmol

= kmol

Nitrogen dioksida sisa = Nitrogen dioksida mula-mula - Nitrogen dioksida bereaksi

= kmol - kmol

= kmol

Air mula-mula = Output air di reaktor + Absorben

= kmol + kmol

= kmol

Air bereaksi = 1 x Nitrogen dioksida bereaksi

= 1 x kmol

= kmol

Air sisa = Air mula-mula - Air bereaksi

= kmol - kmol

= kmol

Asam nitrat terbentuk = 2 x Nitrogen dioksida bereaksi 3

= 2 x kmol

= kmol

Nitrogen monoksida = 1 x Nitrogen dioksida bereaksi 3

= 1 x kmol

= kmol

Air keluaran reaktor : Air input (Absorben) = 1,8 : 1

Air input (absorben) = x Air keluaran reaktor = 1,0 x

1,8

= kmol

Neraca Massa Absorber

NH3 O2 NO N2 NO2 H2O HNO3

Total

98 9,8686

100 9,6712

9,8686 9,6712

0,1974

22,2553 12,3641

34,6194

9,6712 3,2237

22,2553 3,224

19,0316

9,6712 6,4475

9,6712 3,2237

1,0 22,2553

1,8

12,3641

Input Output

Ratio perbandingan H2O keliuaran reaktor dan input air (absorben) berdasarkan US5985230

kmol BM (kg/kmol) (kg/jam) kmol BM (kg/kmol) (kg/jam)

0,5300 17,0000 9,0100 0,5300 17,0000 9,0100

0,0782 32,0000 2,5024 0,0782 32,0000 2,5024

0,2014 30,0000 6,0420 3,4251 30,0000 102,7543

64,7000 28,0000 1811,6000 64,7000 28,0000 1811,6000

9,8686 46,0000 453,9556 0,1974 46,0000 9,0791

34,6194 18,0000 623,1486 31,3956 18,0000 565,1212

0,0000 63,0000 0,0000 6,4475 63,0000 406,1916

2906,2586 2906,2586

Kompo nen

Nitrogen dioksida bereaksi

Neraca Massa Overall Absorber

4. Stripper

Tujuam : memisahkan (mengurangi) jumlah air dengan bantuan udara

Gambar :

F15 F17 O₂

N₂ keterangan :

F15 = Output Absorber F16 = Oksigen masuk F17 = Tail Gas

F18 = Output produk, keluaran stripper

O₂

N₂ F16 F18

% Neraca Massa Stripper

Neraca Massa Overall Stripper

Input Output Output

F12 F13 F14 F15

(kg/jam) (kg/jam) (kg/jam) (kg/jam)

NH3 9,010 0,000 9,010 0,000

Komponen

O2 2,502 0,000 2,502 0,000

NO 6,0420 0,000 102,754 0,000

N2 1811,600 0,000 1811,600 0,000

NO2 453,956 0,000 9,079 0,000

H2O 400,5955 222,553 0,000 565,121

HNO3 0,0000 0,000 0,0000 406,1916

Total 2906,2586 2906,2586

HNO₃ H₂O

H₂O

HNO₃ H₂O Efisiensi alat stripper 65,00

Input Output

kmol BM (kg/kmol) (kg/jam) kmol BM (kg/jam)

28,0000 1811,600

O2 17,6000 32,0000 563,2000 17,6000 32,0000

18,0000 565,1212 31,3956 18,0000

563,2000

N2 64,7000 28,0000 1811,6000 64,7000

565,1212

HNO3 6,4475 63,0000 406,1916 6,4475 63,0000 406,1916

H2O 31,3956

Total 3346,1128 3346,1128

Input Output Output

F15 F16 F17 F18

(kg/jam) (kg/jam) (kg/jam) (kg/jam)

O2 0,000 563,200 563,200 0,000

N2 0,000 1811,600 1811,600 0,000

H2O 565,1212 0,000 367,329 197,792

HNO3 406,1916 0,000 0,0000 406,1916

Total 3346,1128 3346,1128

Komponen Komponen

ST-001

PERHITUNGAN NERACA MASSA BERDASARKAN KAPASITAS SEBENARNYA

ton x kg/jam x 1 th x 1 hari

tahun ton 330 hari 24 jam

= kg/jam

Faktor Pengali = Kapasitas produksi sebenarnya (kg/jam/jam) Kapasitas produksi menurut basis (kg/jam/jam)

= kg/jam/jam

kg/jam/jam

Tabel Neraca Massa sesungguhnya pada masing-masing alat sebagai berikut : 1. Mix Point

2. Reaktor

55000 1000

6944,444

6944,444 406,192

17,0965

Input Output

F2 F3 F5

(kg/jam) (kg/jam) (kg/jam)

Ammonia 0,000 3080,785 3080,785

Air 2184,930 15,481 2200,411

Total 5281,1959 5281,1959

Input

F5 F8

(kmol/jam) (kg/jam) (kmol/jam) (kg/jam)

NH3 17,0000 181,2226 3080,7849 0,0000 0,0000

O2 32,0000 0,0000 0,0000 300,8980 9628,7352

NO 30,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000

N2 28,0000 0,0000 0,0000 1106,1420 30971,9755

NO2 46,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000

H2O 18,0000 122,2451 2200,4109 0,0000 0,0000

Sub Total 5281,1959 40600,7107

Total 45881,9066

Output F9

(kmol/jam) (kg/jam)

NH3 9,0611 154,0392

O2 1,3369 42,7822

NO 3,4432 103,2969

N2 1106,1420 30971,98

NO2 168,7183 7761,0409

H2O 380,4873 6848,7717

Sub Total 45881,91

45881,9066 Komponen

Kapasitas produksi

Total Komponen

Komponen BM

3. Absorber

NH3 O2 NO N2 NO2 H2O HNO3Sub

Total Total

4. Stripper

Input

F12 F13

kmol/jam (kg/jam) kmol/jam (kg/jam)

17 9,06 154,04 0,00 0,00

32 1,34 42,78 0,00 0,00

30 3,44 103,30 0,00 0,00

28 1106,14 30972,0 0,00 0,00

46 168,72 7761,04 0,00 0,00

18 380,49 6848,77 211,38 3804,8732

63 0,000 0,0000 0,000 0,000

kmol/jam (kg/jam) kmol/jam (kg/jam)

45881,907 3804,873

9,0611 154,0392 0,0000 0,0000

49686,780 Output

F14 F15

O2 1,3369 42,7822 0,0000 0,0000

NH3

NO 58,5579 1756,7361 0,0000 0,0000

N2 1106,1420 30971,9755 0,0000 0,0000

NO2 3,3744 155,2208 0,0000 0,0000

H2O 0,0000 0,0000 536,7545 9661,5814

HNO3 0,0000 0,0000 110,2293 6944,4444

Sub Total 33080,7539 16606,026

Total 49686,780

F15 F16 F17 F18

(kg/jam) (kg/jam) (kg/jam) (kg/jam)

O2 0,0000 9628,7352 9628,7352 0,0000

N2 0,0000 30971,9755 30971,9755 0,0000

H2O 9661,5814 0,0000 6280,0279 3381,5535

HNO3 6944,4444 0,0000 0,0000 6944,4444

Total 57206,7366 57206,7366

Komp onen

Komponen Komponen

Input Output Output

Kapasitas produksi : ton/tahun

Operasi pabrik : hari/tahun

Basis : 1 jam operasi

Kapasitas produksi : kg/jam

Satuan panas : kJ (kilo joule)

Bahan baku : Ammonia, udara, dan air

Produk : Asam nitrat

Temperatur referensi : 25 ⁰C =

Cp : kJ/kmol.K

Panas yang dihitung pada neraca panas ini, meliputi :

a. Panas sensibel, yang dihitung apabila terjadi perubahan temperatur.

Q = n x Cp x ΔT Dimana :

Q : Panas sensibel yang dihasilkan/dikeluarkan (kJ) Cp : Kapasitas panas (kJ/kmol.K)

n : mol senyawa (kmol)

To : Temperatur referensi (298,15K) T : Temperatur senyawa (K)

ΔT : T-To (K)

Keterangan :

Cp : a + bT + cT² + dT³

Harga A, B, C dan D untuk masing-masing senyawa dapat dilihat pada tabel berikut : (Felder, 2005) 55000

330 6944,44

298 K

Cp (kJ/kmol.K)

A B C D

HNO₃ (l) 110 0 0 0

H₂O (l) 75,4 0 0 0

H₂O (g) 33,46 0,0069 7,60E-06 -3,59E-09

NH₃ (g) 35,15 0,0295 4,42E-06 -6,69E-09

O₂ (g) 29,1 0,0116 -6,08E-06 1,31E-09

NO (g) 29,5 0,0082 -2,93E-06 3,65E-10

N₂ (g) 29 0,0022 5,72E-06 -2,87E-09

NO₂ (g) 36,06 0,0397 -2,83E-05 7,87E-09

NH₃ (l) -182,157 3,3618 -1,44E-02 2,04E-05

Cp (kJ/kmol.K)

A B C D E

HNO₃ (g) 19,755 1,34E-01 -6,11E-05 -1,23E-08 1,11E-11

Komponen

׬_𝑇1^𝑇2𝐶𝑝 𝑑𝑇 = [ 𝑎 𝑇₂− 𝑇₁ +^𝑏

2 𝑇₂²− 𝑇₁² + ^𝑐

3 𝑇₂³− 𝑇₁³ +^𝑑

4 𝑇₂⁴− 𝑇₁⁴ ]

Dengan :

ΔH : panas latent senyawa (kJ)

n : mol senyawa (kmol)

ΔHvv : panas penguapan (kJ/kmol.K)

menghitung panas latent pada temperatur tertentu dengan menggunakan persamaan :

Dengan :

ΔH_v2 : panas latent pada temperatur T2

ΔH_v1 : panas latent pada temperatur Tb Tb : normal boiling temperatur Tc : temperatur kritis

T2 : temperatur operasi alat

c. Panas reaksi, untuk menghitung panas yang dihasilkan dari reaksi kimia di reaktor

ΔHR25⁰C = ΔH_{f produk} - ΔH_{f reaktan}

Dengan :

ΔHf : panas pembentukan suatu senyawa pada 298,15K Harga entalpi pembentukan ( ΔHf ) masing-masing komponen pada 298,15K Komponen

1. Boiler -01 (B-001)

Fungsi : Untuk membuat uap air Gambar :

K Q

303,15 K K

ΔH1 ΔH2

Keterangan : ΔH1 = ΔH2 =

Q = Steam yang masuk kJ/kmol

NH₃ -46190

O₂ 0

NO 90370

NO₂ 33800

N₂ 0

H₂O -241830

HNO₃ -173230

473,15

Panas Air masuk Boiler Panas Air keluar Boiler

B-001

∆𝐻𝑣₂= ∆𝐻𝑣₁

𝑇_𝑐−𝑇₂ 𝑇_𝑐−𝑇_𝑏

0,38

Aliran 1 : Panas sensibel H₂O(l) masuk dari Tangki-01 pada T = 303,15 K, Tref: K Komponen

b. Panas Aliran Keluar Boiler (B-001) Contoh Perhitungan :

Aliran 2 : Panas sensibel H₂O(g) keluar dari Boiler pada T = 473,15 K, Tref: K Komponen

c. Menghitung kebutuhan steam

(Data saturated steam yang digunakan T = 473,15K : Smith Van Ness, 2001) λ = λvapor - λliquid

= -

= kJ/kg

+ Qsteam =

Qsteam = kJ

m x λ =

m = kg

Tabel B.1 Neraca Panas di Boiler (B-001)

n x [A(303,15-298,15) + B/2 (303,15² - 298,15²) + C/3 (303,15³ - 298,15³) + D/4 (303,15⁴ - 298,15⁴)]

121,39 kmol x [75,4(303,15 - 298,15) + 0/2 (303,15² - 298,15²) + 0/3 (303,15³ - 298,15³) + 0/4 (303,15⁴ - 298,15⁴)] kJ/kmol 45762,15 kJ

298,15

Massa (kg) BM n (Kmol) Cp (kJ/kmol.K) ∆H1 (kJ/jam)

H₂O 2184,9300 18 121,39 377,00000 45762,15

Total 45762,15

n x [A(473,15-298,15) + B/2 (473,15² - 298,15²) + C/3 (473,15³ - 298,15³) + D/4 (473,15⁴ - 298,15⁴)]

121,385 kmol x [33,46(473,15 - 298,15) + 0,0069/2 (473,15² - 298,15²) + (7,6 x 10^-6)/3 (473,15³ - 298,15³) + (-3,59 x 10^-9)/4 (473,15⁴ - 298,15⁴)] kJ/kmol 725140,83 kJ

298,15

Massa (kg) BM n (kmol) Cp (kJ/kmol.K) ∆H2 (kJ/jam)

H₂O 2184,9300 18 121,385 5973,8916 725140,83

Total 725140,83

2790,9 852,4

1938,5

∆H1 ∆H2

679378,68 679378,68 kJ 350,4662

Input Output

F1, 303,15 K F2, 473,15 K (kJ/Jam) (kJ/Jam)

∆Hinput 45762,1450 -

∆H_output - 725140,8290

Qsteam 679378,6840 -

Total 725140,8290 725140,8290 Kebutuhan total steam (kg/jam) 350,4662 Parameter

∆𝐻𝑖𝑛 𝐻₂𝑂 = 𝑛 න

298,15

𝐶𝑝 𝑑𝑇

∆𝐻𝑜𝑢𝑡 𝐻₂𝑂 = 𝑛 න

298,15 473,15

𝐶𝑝 𝑑𝑇

Gambar :

473,15 K K

∆H2 ∆H5

∆H4

Keterangan : ∆H2 = Panas bahan masuk (Uap Air)

∆H4 = Panas bahan masuk (Ammonia)

∆H5 = Output mixing point -001 a. Panas Aliran masuk Mixing Point-001

Contoh Perhitungan :

Aliran 2 : Panas sensibel uap air (H₂O(g)) masuk dari B-001 pada T = 473,15 K T_ref K

Aliran 4 : Panas sensibel NH₃(g) masuk dari Vaporizer-001 pada T = K, Tref: K

∆H5 = +

∆H5 = + kJ

= kJ

b. Panas Aliran keluar Mixing Point-001 Contoh Perhitungan :

369,0

303,15 K

n x [A(473,15-298,15) + B/2 (473,15² - 298,15²) + C/3 (473,15³ - 298,15³) + D/4 (473,15⁴ - 298,15⁴)]

121,385 kmol x [33,46(473,15 - 298,15) + 0,0069/2 (473,15² - 298,15²) + (7,6 x 10^-6)/3 (473,15³ - 298,15³) + (-3,59 x 10^-9)/4 (473,15⁴ - 298,15⁴)]kJ/kmol 725140,83 kJ

298,15

Komponen Massa (kg) BM

(kg/kmol) n (kmol) Cp (kJ/kmol.K) ∆H2 (kJ/jam)

H₂O 2184,9300 18 121,385 5973,8916 725140,83

Total 725140,83

303,15 ^298,15

Komponen Massa (kg) BM n (kmol) Cp (kJ/kmol.K) ∆H4 (kJ/jam)

NH₃ 3080,7849 17 181,2226 176,1189 31916,7382

H₂O 15,4813 18 0,8601 167,3866 143,9645

Total 32060,7028

∆H2 ∆H4

725140,83 32060,70

757201,53

n x [A(369,0-298,15) + B/2 (369,0² - 298,15²) + C/3 (369,0³ - 298,15³) + D/4 (369,0⁴ - 298,15⁴)]

122,2451 kmol x [33,46(369,0-298,15) + 0,0069/2 (369,0² - 298,15²) + (7,6x10^-6)/3 (369,0³ - 298,15³) + (-3,59x10^-9)/4 (369,0⁴ - 298,15⁴)] kJ/kmol 292105,84 kJ

MP-001

∆𝐻𝑖𝑛 𝐻₂𝑂 = 𝑛 න

298,15 473,15

𝐶𝑝 𝑑𝑇

∆𝐻𝑜𝑢𝑡 𝐻2𝑂 = 𝑛 න

298,15 369,05

𝐶𝑝 𝑑𝑇

Tref = K

Tabel B.3 Neraca Panas di Mixing Point (MP-001)

3. Furnace (F-001)

Fungsi : Menaikkan suhu keluaran mix point Gambar :

369 K K

∆H5 ∆H6

Keterangan : ∆H5 = Panas gas output mix point yang masuk Furnace

∆H6 = Panas gas keluar Furnace Q = Steam yang masuk a. Panas Aliran Masuk Furnace (F-001)

Aliran 5 : Panas sensibel gas masuk dari MP-001 pada T = 369,0 K, Tref: K

b. Panas Aliran Keluar Furnace (F-001)

Aliran 6 : Panas sensibel gas keluar dari Furnace-001 pada T = 1073,15 K, Tref: K 298,15

Komponen Massa (kg) BM n (Kmol) Cp (kJ/kmol.K) ∆H4(kJ/jam)

H₂O 2200,4109 18 122,2451 2389,9591 292160,67

NH₃ 3080,7849 17 181,2226 2566,1300 465040,86

Total 757201,53

Input Output

F2, 473,15K

F4, 303,15K F5, 369,0 K (kJ/Jam) (kJ/Jam)

∆Hinput 757201,5318 -

∆Houtput - 757201,5318

Total 757201,5318 757201,5318

1073,15

298,15

Komponen Massa (kg) BM n (kmol) Cp (kJ/kmol.K) ∆H5 (kJ/jam)

H₂O 2200,4109 18 122,2451 2389,9591 292160,67

NH₃ 3080,7849 17 181,2226 2566,1300 465040,86

Total 757201,53

298,15

Komponen Massa (kg) BM n (Kmol) Cp (kJ/kmol.K) ∆H6 (kJ/jam)

H2O 2200,4109 18 122,2451 28859,1099 3527883,33

NH₃ 3080,7849 17 181,2226 36182,9274 6557165,66

Total 10085048,99

Parameter

F-001

Nilai bakar solar : 19860 BTU/lbm = kJ/kg (Perry, 1997)

Densitas solar : 0,89 kg/L (Perry, 1997)

∆H5 + Qsteam =

Qsteam = ∆H6 - ∆H5

Qsteam = kJ/jam

Massa Solar (M) = Qsteam : Nilai bakar solar

= kg/jam

Volume solar (V) = Massa solar : Densitas solar

= L/jam

Tabel B.3 Neraca Panas di Furnace-001

4. Furnace (F-002)

Fungsi : Menaikkan suhu udara Gambar :

303,15 K K

∆H7 ∆H8

Keterangan : ∆H7 =

∆H8 = Panas Oksigen keluar Furnace Q = Steam yang masuk

a. Panas Aliran Masuk Furnace (F-002)

Aliran 7 : Panas sensibel O₂(g) masuk dari Blower-01 pada T = 303,15 K, Tref: K 46194,783

∆H6

9327847,4587

201,9243

226,8812

Input Output

F5, 369,0K F6, 1073,15K (kJ/Jam) (kJ/Jam)

∆Hinput 757201,5318 -

∆H_output - 10085048,9906

Qsteam 9327847,4587 -

Total 10085048,9906 10085048,9906 Kebutuhan total steam (kg/jam) 201,9243

1073,15

Panas Oksigen masuk Furnace

298,15

Komponen Massa (kg) BM n (kmol) Cp (kJ/kmol.K) ∆H7 (kJ/jam)

O₂ 9628,7352 32 300,8980 145,6447 43824,21

N₂ 30971,9755 28 1106,1420 145,0277 160421,27

Total 204245,48

Parameter

F-002

c. Menghitung kebutuhan solar

Nilai bakar solar : 19860 BTU/lbm = kJ/kg (Perry, 1997)

Densitas solar : 0,89 kg/L (Perry, 1997)

∆H7 + Qsteam =

Qsteam = ∆H8 - ∆H7

Qsteam = kJ/jam

Massa Solar (M) = Qsteam : Nilai bakar solar

= kg/jam

Volume solar (V) = Massa solar : Densitas solar

= L/jam

Tabel B.4 Neraca Panas di Furnace-002

5. Reaktor - 01 (R-001) Gambar :

1073,15 K

Kondisi operasi

Tekanan : 6 atm

Temperatur : K

HR HP

298,15 K 298,15 K

a. Panas aliran masuk reaktor (R-001) Contoh Perhitungan :

Komponen Massa (kg) BM n (Kmol) Cp (kJ/kmol.K) ∆H8 (kJ/jam)

O₂ 9628,7352 32 300,8980 25210,8891 7585905,47

N₂ 30971,9755 28 1106,1420 23764,3726 26286770,25

Total 33872675,73

46194,783

∆H8

33668430,248

728,8362

818,9171

Input Output

F7, 303,15K F8, 1073,15K (kJ/Jam) (kJ/Jam)

∆Hinput 204245,4789 -

∆Houtput - 33872675,7264

Q_steam 33668430,2476 -

Total 33872675,7264 33872675,7264 Kebutuhan total steam (kg/jam) 728,8362

∆Hr 1073,15 K

1073,15

∆Hr^O

n x [A(298,15 - 1073,15) + B/2 (298,15² - 1073,15²) + C/3 (298,15³ - 1073,15³) + D/4 (298,15⁴ - 1073,15⁴)]

Parameter

∆𝐻𝑖𝑛 𝑁𝐻₃= 𝑛 න

1073,150 298,15

𝐶𝑝 𝑑𝑇

- Aliran masuk reaktor berupa output furnace-001 yang terdiri dari amonia dan uap air

T = ^1073,15 K, Tref: K

Aliran 8 : Panas sensibel O2_(g) masuk dari Furnace-002 pada T = 1073,15 K, Tref: K

ΔHin = +

= kJ + kJ

= kJ

b. Panas reaksi

1. Panas reaksi utama Reaksi 1

4 NH₃ (g) + 5 O₂ (g) 4 NO (g) + 6 H₂O (g)

ΔHr⁰_298,15 = ΔHr⁰_298,15 produk - ΔHr⁰_298,15 reaktan

ΔHr⁰298,15 = (mol. ΔHf) produk - (mol. ΔHf) reaktan

ΔHr⁰298,15 = [(mol. ΔHf) NO + (mol. ΔHf) H2O] - [(mol. ΔHf) NH3 + (mol. ΔHf) O2]

ΔHr⁰298,15 = -38961079,14 kJ

Reaksi 2

2 NO + O₂ 2 NO₂

ΔHr⁰_298,15 = ΔHr⁰_298,15 produk - ΔHr⁰_298,15 reaktan

ΔHr⁰_298,15 = (mol. ΔHf) produk - (mol. ΔHf) reaktan

ΔHr⁰298,15 = [(mol. ΔHf) NO2] - [(mol. ΔHf) NO + (mol. ΔHf) O2]

ΔHr⁰298,15 = -9544406,68 kJ

181,2226 kmol x [35,15(298,15 - 1073,15) + 0,0295/2 (298,15² - 1073,15²)+( 4,42 x 10^-6)/3 (298,15³ - 1073,15³) + (-6,69 x 10^-9)/4 (298,15⁴ - 1073,15⁴)]kJ/kmol

-3564866,81 kJ

Aliran 6 : Panas sensibel NH₃(g) dan H₂O(g) keluaran F-001, 298,15

Komponen Massa (kg) BM n (kmol) Cp (kJ/kmol.K) ∆H6(kJ/jam)

H₂O 2200,4109 18 122,2451 -25362,3443 -3100421,05

NH₃ 3080,7849 17 181,2226 -19671,1999 -3564866,81

Total -6665287,85

298,15

Komponen Massa (kg) BM n (kmol) Cp (kJ/kmol.K) ∆H8(kJ/jam)

O₂ 9628,7352 32 300,8980 -18007,3476 -5418374,42

N₂ 30971,9755 28 1106,1420 -22960,6744 -25397765,94

Total -30816140,37

ΔH6 ΔH8

-6665287,85 -30816140,37

-37481428,22

95%

ΔHr⁰ (kJ)

Reaktan Produk

NH₃ 2926,7498 17 172,1618 -46190

O₂ 6887,8379 32 215,2449 0 0

30 172,1618 90370

-7952151,37

15558257,95

H₂O 4649,9061 18 258,3281 -241830 -62471488,45

NO 5164,8527

Total -38961079,14

98%

ΔHr⁰ (kJ)

Reaktan Produk

ΔHf (kJ/kmol)

NO 5061,5556 30 168,7185 90370 15247092,65

33800

O₂ 2699,4963 32 84,3593 0 0

5702685,97

Total -9544406,68

NO₂ 7761,0519 46 168,7185

n (kmol)

Komponen Massa (kg) BM

(kg/kmol) n (kmol) ΔHf (kJ/kmol)

Komponen Massa (kg) BM

(kg/kmol)

= kJ C. Panas output reaktor

Hasil reaksi yang terjadi direaktor membentuk produk NO dan NO₂ sedangkan reaktan NH₃ , O₂, N₂ dan H₂O masih terbentuk karena sisa reaksi.

Temperatur produk keluar reaktor sebesar K Tref = K

Jumlah panas yang dilepaskan oleh reaktor :

ΔHr ΔHin + ΔHr⁰ + ΔHout

= + + kJ

= kJ

Q dowtherm A = Panas yang dilepaskan oleh reaktor

= kJ

Data dowtherm A yang digunakan

Tin Dowtherm A : K

T_out Dowtherm A : K

Cp Dowtherm A : kJ/kg.K

Q = m.Cp.∆T

kJ = m x kJ/kg.K x (698,15-523,15)K

m =

m = kg

Tabel B.5 Neraca Panas di Reaktor (R-001) -48505485,82

1073,15 298,15

Komponen Massa (kg) BM n (kmol) Cp (kJ/mol.K) ∆H9 (kJ/jam)

NH₃ 154,0392 17 9,0611 37629,1453 340962,56

O₂ 42,7822 32 1,3369 26088,4028 34878,73

NO 103,2969 30 3,4432 25761,2367 88701,86

N₂ 30971,9755 28 1106,1420 24586,2430 27195875,52

NO₂ 7761,0409 46 168,7183 37527,8870 6331640,56

H₂O 6848,7717 18 380,4873 29905,3457 11378604,72

Total 45370663,94

-37481428,22 -48505485,82 45370663,94

-40616250,09

Setelah dilakukan perhitungaan didapati nilai ΔH Reaksi bernilai negatif yang menandakan reaksi bersifat eksotermik sehingga dibutuhkan pendingin. Berdasarkan Asas Black menyatakan bahwa jumlah panas yang diserap benda dingin sama dengan jumlah panas yang dilepas benda panas. Berarti,

40616250,09

523,15 698,15 4,1855

40616250,09 4,1855

(40616250,09 kJ) / (4,1855 kJ/kg.K x 175K)

55451,6444

Input Output

F6,F8 1073,15K F9, 1073,15K (kJ/Jam) (kJ/Jam)

∆H_reaktan 37481428,2197 -

∆Hreaksi standar 48505485,8153 -

∆Hproduk - 45370663,9432

Qair pendingin - 40616250,0917

Total 85986914,0349 85986914,0349 Kebutuhan total pendingin (kg/jam) 55451,6444

Parameter

273,15

Gambar :

Kondisi operasi :

T aliran 7 : K

∆H10 T aliran 8 : K

Pada Cooler ini tidak terjadi reaksi.

Qout

Neraca Panas Total

∆H9 = ∆H10 + Qout

Dimana: ∆H9 : panas yang terkandung pada bahan masuk ∆H10 : panas yang terkandung pada bahan keluar Qout : panas pada dowtherm yang keluar a. Panas aliran masuk Cooler (C-001)

Contoh Perhitungan :

Panas aliran masuk Cooler berasal dari output reaktor pada T = K Tref = K Komponen

b. Panas aliran keluar Cooler (C-001) Contoh Perhitungan :

1073,15

∆H9 673,15

n x [A(1073,15-298,15) + B/2 (1073,15² - 298,15²) + C/3 (1073,15³ - 298,15³) + D/4 (1073,15⁴ - 298,15⁴)]

9,0611 kmol x [35,15(1073,15 - 298,15) + 0,0295/2 (1073,15² - 298,15²)

+ (4,42 x 10^-6)/3 (1073,15³ - 298,15³) + (-6,69 x 10^-9)/4 (1073,15⁴ - 298,15⁴)] kJ/kmol 327858,19 kJ

1073,15 298,15

Massa (kg) BM n (kmol) Cp (kJ/kmol.K) ∆H9 (kJ/jam)

NH₃ 154,0392 17 9,0611 36182,9274 327858,19

O₂ 42,7822 32 1,3369 25210,8891 33705,54

NO 103,2969 30 3,4432 24903,3579 85747,99

N₂ 30971,9755 28 1106,1420 23764,3726 26286770,25

NO₂ 7761,0409 46 168,7183 36187,6134 6105511,90

H₂O 6848,7717 18 380,4873 28859,1099 10980525,27

Total 43820119,14

n x [A(673,15 - 298,15) + B/2 (673,15² - 298,15²) + C/3 (673,15³ - 298,15³) + D/4 (673,15⁴ - 298,15⁴)]

9,0611 kmol x [35,15(673,15 - 298,15) + 0,0295/2 (673,15² - 298,15²) +

(4,42 x 10^-6)/3 (673,15³ - 298,15³) + (-6,69 x 10^-9)/4 (673,15⁴ - 298,15⁴)] kJ/kmol 138636,09 kJ

C-001

∆𝐻𝑖𝑛 𝑁𝐻₃= 𝑛 න

298,15 1073,15

𝐶𝑝 𝑑𝑇

∆𝐻𝑜𝑢𝑡 𝑁𝐻₃= 𝑛 න

298,15 673,15

𝐶𝑝 𝑑𝑇

Cp Dowtherm A = kJ/kg.K

Tin Dowtherm A = K

Tout Dowtherm A = K

Qout = m x Cp x ∆T

Qout = m x kJ/kg.K x 175 K

Qout = m

Substitusi

= ∆H10 + Qout

= + m

= m

m = kg

Qout = m

= kJ/Jam

Tabel B.6 Neraca Panas di Cooler (C-001)

7. Cooler 2 (C-002)

Fungsi : Menurunkan suhu keluaran C-001

Gambar : Kondisi operasi

T aliran 10 : K

T aliran 11 : K

∆H10 ∆H11 Pada Cooler ini tidak terjadi reaksi.

Neraca Panas Total

∆H10 = ∆H11 +

Dimana: ∆H10 : panas yang terkandung pada bahan masuk

∆H11 : panas yang terkandung pada bahan keluar Qout : panas pada dowtherm yang keluar

NH₃ 154,0392 17 9,0611 15300,0897 138636,09

O₂ 42,7822 32 1,3369 11627,7264 15545,62

NO 103,2969 30 3,4432 11589,3631 39904,84

N₂ 30971,9755 28 1106,1420 11116,0455 12295924,64

NO₂ 7761,0409 46 168,7183 15855,3534 2675087,96

H₂O 6848,7717 18 380,4873 13148,5016 5002838,09

Total 20167937,24

4,1855 523,15 698,15

4,1855 732,4625

∆H9

43820119,14 20167937,2 732,4625

23652181,90 732,46

32291,3213 732,4625

23652181,90

Input Output

F9, 1073,15K F10, 673,15K

∆Hinput 43820119,1418 -

∆Houtput - 20167937,2377

Q_pendingin - 23652181,9041

Total 43820119,1418 43820119,1418 Kebutuhan total pendingin (kg/jam) 32291,3213

673,15 523,15

Qout

Qout Parameter

(kJ/Jam) (kJ/Jam)

C-002

a. Panas aliran masuk Cooler berasal dari output cooler-1 pada T = 673,15 K, Tref: K Komponen

b. Panas aliran keluaran Cooler (C-02) Contoh Perhitungan :

Panas aliran keluar Cooler pada T = K Tref = K

Komponen

Cp Dowtherm A = kJ/kg.K

Tin Dowtherm A = K K

Tout Dowtherm A = K

Qout = m x Cp x ∆T

Q_out = m x kJ/kg.K x 75 K

Q_out = m

Substitusi

∆H10 = ∆H11 + Qout

= + m

= m

m = kg

n x [A(673,15-298,15) + B/2 (673,15² - 298,15²) + C/3 (673,15³ - 298,15³) + D/4 (673,15⁴ - 298,15⁴)]

9,0611 kmol x [35,15(673,15-298,15) + 0,0295/2 (673,15² - 298,15²) + (4,42 x 10^-

6)/3 (673,15³ - 298,15³) + (-6,69 x 10^-9)/4 (673,15⁴ - 298,15⁴)] kJ/kmol 138636,09 kJ

298,15 Massa (kg) BM n (kmol) Cp (kJ/kmol.K) ∆H10 (kJ/jam)

NH₃ 154,0392 17 9,0611 15300,0897 138636,09

O₂ 42,7822 32 1,3369 11627,7264 15545,62

NO 103,2969 30 3,4432 11589,3631 39904,84

N₂ 30971,9755 28 1106,1420 11116,0455 12295924,64

NO₂ 7761,0409 46 168,7183 15855,3534 2675087,96

H₂O 6848,7717 18 380,4873 13148,5016 5002838,09

Total 20167937,24

n x [A(523,15 - 298,15) + B/2 (523,15² - 298,15²) + C/3 (523,15³ - 298,15³) + D/4 (523,15⁴ - 298,15⁴)]

9,0611 kmol x [35,15(250 - 25) + 0,0295/2 (250² - 25²) + (4,42 x 10^-6)/3 (250³ - 25³) + (-6,69 x 10^-9)/4 (250⁴ - 25⁴)] kJ/kmol

78541,55 kJ

523,15 298,15

Massa (kg) BM n (kmol) Cp (kJ/mol.K) ∆H11 (kJ/jam)

NH₃ 154,0392 17 9,0611 8667,9645 78541,55

O₂ 42,7822 32 1,3369 6818,8793 9116,46

NO 103,2969 30 3,4432 6834,1715 23531,62

N₂ 30971,9755 28 1106,1420 6600,5668 7301163,99

NO₂ 7761,0409 46 168,7183 9015,9972 1521163,54

H₂O 6848,7717 18 380,4873 7729,7123 2941057,49

Total 11874574,65

4,1855 473,15 548,15 4,1855

313,9125

20167937,24 11874574,65 313,9125

8293362,58 313,9125

26419,34

∆𝐻𝑖𝑛 𝑁𝐻₃= 𝑛 න

298,15

𝐶𝑝 𝑑𝑇

∆𝐻𝑜𝑢𝑡 𝑁𝐻₃= 𝑛 න

298,15 523,15

𝐶𝑝 𝑑𝑇

Tabel B.7 Neraca Panas di Cooler (C-002)

8. Cooler 3 (C-003)

Fungsi : Menurunkan suhu keluaran C-002 Gambar :

Kondisi operasi

T aliran 11 : K

T aliran 12 : K

∆H11 ∆H12 Pada Cooler ini tidak terjadi reaksi.

Neraca Panas Total

= +

Dimana: : panas yang terkandung pada bahan masuk : panas yang terkandung pada bahan keluar : panas air pendingin yang keluar

a. Panas aliran masuk Cooler (C-003) Contoh Perhitungan :

Panas aliran masuk Cooler berasal dari output Cooler-002 pada T = K, Tref: K Komponen

Input Output

F10, 673,15K F11, 523,15K (kJ/Jam) (kJ/Jam)

∆H_input 20167937,2377 -

∆Houtput - 11874574,6533

Qpendingin - 8293362,5844

Total 20167937,2377 20167937,2377 Kebutuhan total pendingin (kg/jam) 26419,3448

523,15 303,15

Qout

∆H11 ∆H12 Qout

∆H11

∆H12 Qout

n x [A(523,15 - 298,15) + B/2 (523,15² - 298,15²) + C/3 (523,15³ - 298,15³) + D/4 (523,15⁴ - 298,15⁴)]

9,0611 kmol x [35,15(523,15-298,15) + 0,0295/2 (523,15² - 298,15²) +

(4,42 x 10^-6)/3 (523,15³ - 298,15³) + (-6,69 x 10^-9)/4 (523,15⁴ - 298,15⁴)] kJ/kmol 78541,55 kJ

523,15 298,15

Massa (kg) BM n (kmol) Cp (kJ/kmol.K) ∆H11 (KJ/jam)

NH₃ 154,0392 17 9,0611 8667,9645 78541,55

O₂ 42,7822 32 1,3369 6818,8793 9116,46

NO 103,2969 30 3,4432 6834,1715 23531,62

N₂ 30971,9755 28 1106,1420 6600,5668 7301163,99

NO₂ 7761,0409 46 168,7183 9015,9972 1521163,54

H₂O 6848,7717 18 380,4873 7729,7123 2941057,49

Total 11874574,65

Parameter

C-003

∆𝐻𝑖𝑛 𝑁𝐻₃= 𝑛 න

298,15 523,15

𝐶𝑝 𝑑𝑇

Panas aliran keluar Cooler-003 pada T = 298,15 K Komponen

Cp air = J/kg.K

Tin Air = K

Tout Air = K

Qout = m x Cp x ∆T

Qout = m x kJ/kg.K x 20 K

Q_out = 84,00 m Substitusi

∆H9 = + Qout

= + m

= m

m = kg

Q_out = 84,00 m

= kJ/Jam

Tabel B.8 Neraca Panas di Cooler (C-003)

n x [A(303,15 - 298,15) + B/2 (303,15² - 298,15²) + C/3 (303,15³ - 298,15³) + D/4 (303,15⁴ - 298,15⁴)]

9061,1294 mol x [35,15(30 - 25) + 0,0295/2 (30² - 25²) + (4,42 x 10^-6)/3 (30³ - 25³) + (-6,69 x 10^-9)/4 (30⁴ - 25⁴)] J/mol

1595,8364 kJ

303,15 K Tref =

Massa (kg) BM n (kmol) Cp (kJ/kmol.K) ∆H12 (kJ/jam)

NH₃ 154,0392 17 9,0611 176,1189 1595,8364

O₂ 42,7822 32 1,3369 145,6447 194,7188

NO 103,2969 30 3,4432 147,6024 508,2289

N₂ 30971,9755 28 1106,1420 145,0277 160421,2694

NO₂ 7761,0409 46 168,7183 180,7951 30503,4337

H₂O 6848,7717 18 380,4873 167,3866 63688,4654

Total 256911,95

4,200 298,15 318,15

4,200

∆H10

11874574,65 256911,95 84,00

11617662,70 84,00

138305,5083

11617662,7006

Input Output

F11, 523,15K F12, 303,15K (kJ/Jam) (kJ/Jam)

∆H_input 11874574,6533 -

∆Houtput - 256911,9527

Qpendingin - 11617662,7006

Total 11874574,6533 11874574,6533 Kebutuhan total pendingin (kg/jam) 138305,5083

Parameter

∆𝐻𝑜𝑢𝑡 𝑁𝐻₃= 𝑛 න

298,15

𝐶𝑝 𝑑𝑇

Fungsi : Mengabsorb gas HNO₃ dengan H₂O untuk dijadikan product liquid Gambar :

∆H13 ∆H14

Kondisi operasi

T aliran 12 : K

T aliran 13 : K

T aliran 14 : K

T aliran 15 : K

∆H12 ∆H15

Komponen bottom product terdiri dari asam nitrat dan air. Sementara komponen tail gas terdiri dari sisa NH₃, O₂, N₂, NO, dan NO₂ yang terpisah sebagai top produk

a. Panas aliran masuk Absorber (AB-001) Contoh Perhitungan :

= 1595,8364 kJ

- Panas aliran 12 berasal dari output Cooler-003 pada T = K Tref = K Komponen

- Panas aliran 13 berasal dari solvent berupa H₂O T = K Tref = K Komponen

ΔHin = +

= kJ + kJ

= kJ

303,15 303,15 303,15 303,15

n x [A(303,15 - 298,15) + B/2 (303,15² - 298,15²) + C/3 (303,15³ - 298,15³) + D/4 (303,15⁴ - 298,15⁴)]

9,0611 kmol x [35,15(303,15 - 298,15) + 0,0295/2 (303,15² - 298,15²) + (4,42 x 10^-6)/3 (303,15³ - 298,15³) + (-6,69 x 10^-9)/4 (303,15⁴ - 298,15⁴)] kJ/kmol

303,15 298,15

Massa (kg) BM n (kmol) Cp (kJ/kmol.K) ∆H12 (KJ/jam)

NH₃ 154,0392 17 9,0611 176,1189 1595,8364

O₂ 42,7822 32 1,3369 145,6447 194,7188

NO 103,2969 30 3,4432 147,6024 508,2289

N₂ 30971,9755 28 1106,1420 145,0277 160421,2694

NO₂ 7761,0409 46 168,7183 180,7951 30503,4337

H₂O 6848,7717 18 380,4873 167,3866 63688,4654

Total 256911,9527

303,15 ^298,15

Massa (kg) BM n (kmol) Cp (kJ/kmol.K) ∆H11 (KJ/jam)

H₂O 3804,8732 18 211,3818 377,0000 79690,9554

Total 79690,9554

ΔH12 ΔH13

256911,9527 79690,9554

336602,9081

AB-001

∆𝐻𝑖𝑛 𝑁𝐻₃= 𝑛 න

298,15 303,15

𝐶𝑝 𝑑𝑇

3 NO₂ + H₂O 2 HNO₃ + NO

ΔHr⁰298,15 = ΔHr⁰298,15 produk - ΔHr⁰298,15 reaktan

ΔHr⁰_298,15 = (mol. ΔHf) produk - (mol. ΔHf) reaktan

ΔHr⁰_298,15 = [(mol. ΔHf) NO + (mol. ΔHf) HNO₃] - [(mol. ΔHf) NO₂ + (mol. ΔHf) H₂O]

ΔHr⁰_298,15 = kJ

c. Panas aliran keluar Absorber (AB-01) Contoh Perhitungan :

= 1595,8364 kJ

- Aliran 14 : Panas keluaran absorber T= 303,15 K Tref = K Komponen

- Aliran 15 : Panas keluaran absorber T= 303,15 K Tref = K

ΔHout = +

= kJ + kJ

= kJ

Jumlah panas yang dilepaskan oleh absorber :

+ +

= + + kJ

= kJ

ΔHr⁰ (kJ)

Reaktan Produk

NO₂ 7605,8089 46 165,3437 33800

H₂O 992,0518 18 55,1140 -241830 -13328215,93

63 110,2293 -173230

5588616,10

-19095017,51

NO 1653,4196 30 55,1140 90370 4980650,98

HNO₃ 6944,4444

Total -6374766,71

-6374766,7112

n x [A(303,15 - 298,15) + B/2 (303,15² - 298,15²) + C/3 (303,15³ - 298,15³) + D/4 (303,15⁴ - 298,15⁴)]

9,0611 kmol x [35,15(303,15 - 298,15) + 0,0295/2 (303,15² - 298,15²) + (4,42 x 10^-6)/3 (303,15³ - 298,15³) + (-6,69 x 10^-9)/4 (303,15⁴ - 298,15⁴)] kJ/kmol

298,15

Massa (kg) BM n (kmol) Cp (kJ/kmol.K) ∆H14 (KJ/jam)

NH₃ 154,0392 17 9,0611 176,1189 1595,8364

O₂ 42,7822 32 1,3369 145,6447 194,7188

NO 1756,7361 30 58,5579 147,6024 8643,2809

N₂ 30971,9755 28 1106,1420 145,0277 160421,2694

NO₂ 155,2210 46 3,3744 180,7951 610,0694

Total 171465,1750

298,15

HNO₃(l) 6944,4444 63 110,2293 550,0000 60626,1019

H₂O (l) 9661,5810 18 536,7545 377,0000 202356,4465

Total 262982,5484

ΔH14 ΔH15

171465,1750 262982,5484

434447,7234

ΔH total = ΔHin ΔHr⁰ ΔHout

336602,91 -6374766,71 434447,72

-5603716,08 Komponen Massa (kg)

Cp (kJ/mol.K) ∆H15(kJ/jam) n (kmol)

(kg/kmol) n (kmol) ΔHf (kJ/kmol)

Komponen Massa (kg) BM

(kg/kmol)

∆𝐻𝑜𝑢𝑡 𝑁𝐻₃= 𝑛 න

298,15 303,15

𝐶𝑝 𝑑𝑇

Q Air pendingin = Panas yang dilepaskan oleh reaktor

= kJ

Data air pendingin yang digunakan

Tin Air : K

Tout Air : K

Cp air : kJ/kg.K

Q = m.Cp.∆T

kJ = m x kJ/kg.K x (318,15-298,15)K

m =

m = kg

10. Stripper (ST - 001)

Fungsi : Memisahkan (mengurangi) jumlah air dengan bantuan udara Gambar :

∆H15 ∆H17

∆H16 ∆H18

a. Panas aliran masuk Stripper (ST-001) Contoh Perhitungan :

= 60626,10 kJ

yang diserap benda dingin sama dengan jumlah panas yang dilepas benda panas. Berarti,

5603716,08

298,15 318,15 4,2000

5603716,08 4,2000

(5603716,08 kJ) / (4,200 kJ/kg.K x 20 K)

66710,9057 Tabel B.9 Neraca Panas di Absorber (AB-001)

Input Output

F12,F13 303,15K F14,F15 303,15K -336602,9081

(kJ/Jam) (kJ/Jam)

Qair pendingin - 5603716,0797

∆Hreaktan 336602,9081 -

∆Hreaksi standar 6374766,7112 -

Total 6038163,8031 6038163,8031 Kebutuhan total pendingin (kg/jam) 66710,9057

∆H_produk - 434447,7234

n x [A(303,15 - 298,15) + B/2 (303,15² - 298,15²) + C/3 (303,15³ - 298,15³) + D/4 (303,15⁴ - 298,15⁴)]

110,2293 kmol x [110(303,15 - 298,15) + 0/2 (303,15² - 298,15²) + 0/3 (303,15³ - 298,15³) + 0/4 (303,15⁴ - 298,15⁴)] kJ/kmol

Parameter

ST-001

∆𝐻𝑖𝑛 𝐻𝑁𝑂₃= 𝑛 න

298,15 303,15

𝐶𝑝 𝑑𝑇

Dalam dokumen PRA RANCANGAN PABRIK ASAM NITRAT DARI AMONIA DAN UDARA DENGAN PROSES OSTWALD KAPASITAS 55.000 TON/TAHUN (Halaman 103-200)