LAMPIRAN A SIFAT-SIFAT FISIS

(1)

119

LAMPIRAN

(2)

120

LAMPIRAN A SIFAT-SIFAT FISIS

Data – data yang digunakan untuk menghitung sifat fisis gas dan cairan diperoleh dari “Chemical Properties Handbook”, Yaws, C.L., 1999.

1. Critical Properties

Komponen BM

CaCO3 100

H2SO4 98

H2O 18

CaSO4.2H2O 172

CO2 44

2. Kapasitas Panas Cairan, Gas dan Padatan

• Cairan:

Cp = A + BT + CT² + DT³

• Gas:

Cp = A + BT + CT² + DT³ + ET⁴ Cp = Joule/mol.K

T = Kelvin (K)

Komponen A B C D E

H2SO4 26,004 7,0337E-01 -1,3856E-03 1,0342E-06

H2O 92,053 -3,9953E-02 -2,1103E-04 5,3469E-07

CO2 27,437 4,2315E-02 -1,9555E-05 3,9968E-09 -2,987E-13

• Padatan:

Cp = J/mol^oC

Elemen Solid

C H B Si O F P and S All others

7,5 9,6 11,3 15,9 16,7 20,9 22,6 26,0

(Coulson, 2005)

(3)

121 3. Entalpi Penguapan

∆Hvap = 𝐴 (1 − ^𝑇

𝑇𝑐)^𝑛 Hvap = kJ/mol

T = Kelvin (K)

Komponen A Tc n

H2SO4 50,115 925 0,38

H2O 52,053 647,13 0,321

CO2 18,26 304,19 0,24

4. Entalpi Pembentukan Hf = kcal/mol T = Kelvin (K)

Komponen Hf298

CaCO3 -289,5

H2O -193,69

H2S04 -68,317

CaSO4.2H2O -479,33

CO2 -94,05

5. Tekanan Uap Murni

Log P = A + B/T + C log T + DT + ET²

P = mmHg

T = Kelvin (K)

Komponen A B C D E

H2SO4 2,0582 -4,1924E+03 3,2578E+00 -1,1224E-03 5,5371E-07 H2O 29,8605 -3,1522E+03 -7,3037E+00 2,4247E-09 1,8090E-06 CO2 35,0187 -1,5119E+03 -1,1335E+01 9,3384E-03 7,7626E-10

6. Densitas Cairan, Gas dan Padatan

𝜌 = A. B⁻⁽¹⁻

T Tc)ⁿ

𝜌 = gr/mL T = Kelvin (K)

(4)

122 Tc = Kelvin (K)

Komponen A B n Tc

CaCO3 2,71

H2SO4 0,42169 0,19356 0,2857 925

H2O 0,34710 0,27400 0,2857 647,13

CaSO4.2H2O 1,0252

CO2 0,46382 0,2616 0,2903 304,19

7. Viskositas Cairan dan Gas

• Cairan:

Log µ = A + B/T + CT + DT² µ = Centipoise (cp)

• Gas:

µ = A + BT + CT² µ = Mikropoise (μp) T = Kelvin (K)

Komponen A B C D

H2SO4 -18,7045 3,50E+03 3,31E-02 -1,70E-05

H2O -10,2158 1,79E+03 1,77E-02 -1,26E-05

CO2 11,811 4,98E-01 -1,09E-04

8. Konduktivitas Panas Cairan dan Gas

• Cairan:

Log k = 𝐴 + 𝐵 (1 − ^𝑇

𝑇𝑐)

2⁄7

(untuk senyawa organik) k = A + B.T + C.T² (untuk senyawa anorganik)

• Gas:

k = A + B.T + C.T² k = W/m.K

T = K

Komponen A B C

H2SO4 1,5530E-01 1,0699E-03 -1,2858E-06

H2O -0,2758 4,61E-03 -5,54E-06

CO2 -1,1830E-02 1,0174E-04 -2,2242E-08

(5)

123 LAMPIRAN B NERACA MASSA

M-101

R RDVF RD

M-102 3

2

5

4

6

7

8

9

10

11

12

13 1

Diagram Blok Neraca Massa

1. Spesifikasi Bahan Baku a. Batuan Kapur

CaCO3 = 90% berat H2O = 10% berat b. Asam Sulfat

H2SO4 = 98% berat H2O = 2% berat c. Air

H2O = 100% berat

2. Spesifikasi Produk a. Kalsium Sulfat Dihidrat

Min. CaSO4.2H2O = 91% berat Maks. Impuritas = 9% berat b. Karbondioksida

CO2 = 100%

(6)

124 3. Kapasitas Pabrik

Basis perhitungan = 1 jam operasi Hari kerja dalam setahun = 330 hari Jam kerja dalam sehari = 24 jam

Kapasitas pabrik setahun = 600.000 ton/tahun Kapasitas pabrik per jam = 75.757,58 kg/jam

Basis umpan masuk reaktor = 1.635,9 g/jam, dengan kandungan CaCO3 = 519,7 g/jam, H2SO4 = 654 g/jam, H2O = 462,2 g/jam, dengan umpan tersebut dihasilkan kalsium sulfat dihidrat sebesar 966,17 g/jam. Sedangkan kapasitas yang diinginkan sebesar 600.000 ton/tahun, maka diperlukan faktor koreksi umpan agar didapatkan kapasitas produksi sesuai dengan yang diharapkan.

Kapasitas produksi = 600.000 ton/tahun

Asumsi pabrik beroperasi selama 330 hari dalam 1 tahun, maka kapasitas produksi pabrik sebesar 75.757,76 kg/jam atau 75.757.757,76 g/jam.

Faktor koreksi = 𝑘𝑎𝑝𝑎𝑠𝑖𝑡𝑎𝑠 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑘𝑠𝑖 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑑𝑖𝑖𝑛𝑔𝑖𝑛𝑘𝑎𝑛 𝑘𝑎𝑝𝑎𝑠𝑖𝑡𝑎𝑠 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑘𝑠𝑖 𝑏𝑎𝑠𝑖𝑠

= 75.757.575,76 𝑔/𝑗𝑎𝑚 966,17𝑔/𝑗𝑎𝑚

= 78.409,438

4. Perhitungan Neraca Massa Mixer-01 (M-101)

M-101 3

2 6

Komposisi Arus 2:

CaCO3 = 40.749,39 kg/jam H2O = 4.527,71 kg/jam

(7)

125 Komposisi Arus 3:

H2O = 4.100,95 kg/jam Komposisi Arus 6:

CaCO3 = 4.079,39 kg/jam H2O = 8.628,66 kg/jam

Neraca Massa Mixer (M-101)

Komponen Input (kg/jam) Output (kg/jam)

Arus 2 Arus 3 Arus 6

CaCO3 40.749,39 - 40.749,39

H2SO4 - - -

H2O 4.527,71 4.100,95 8.628,66

CaSO4.2H2O - - -

CO2 - - -

Total Arus 45.277,09 4.100,95 49.378,04

Total 49.378,04 49.378,04

5. Perhitungan Neraca Massa Mixer-02 (M-102)

M-102 5

4 7

10

Komposisi Arus 4:

H2SO4 = 41.883,99 kg/jam H2O = 854,775 kg/jam Komposisi Arus 5:

H2O = 3.593,16 kg/jam Komposisi Arus 10:

H2SO4 = 9.395,77 kg/jam H2O = 23.164,24 kg/jam

(8)

Neraca Massa Mixer-02 (M-102)

Arus 4 Arus 5 Arus 10 Arus 7

CaCO3 - - - -

H2SO4 41.884,00 - 9.395,77 51.279,77

H2O 854,78 3.593,16 23.164,25 27.612,19

CaSO4.2H2O - - - -

CO2 - - - -

Total Arus 42.738,77 3.593,16 32.560,02 78.891,96

Total 78.891,96 78.891,96

6. Perhitungan Neraca Massa Reaktor (R-101)

R-101 6

7

8

9

Asumsi:

Konversi terhadap CaCO3 = 99%

Komposisi Arus 6:

CaCO3 = 40.749,39 kg/jam = 407,49 kmol/jam H2O = 8.628,66 kg/jam = 479,36 kmol/jam Komposisi Arus 7:

H2SO4 = 51.279,77 kg/jam = 523,26 kmol/jam H2O = 27.612,18 kg/jam = 1534,01 kmol/jam

CaCO3 + H2SO4 + H2O CaSO4.2H2O + CO2

m : 407,49 523,26 2013,38

r : 403,41 403,41 403,41 403,41 403,41 s : 4,08 119,84 1609,96 403,41 403,41

(9)

H2O = 23,99 kg/jam CO2 = 17.750,43 kg/jam Komposisi Arus 9:

CaCO3 = 407,49 kg/jam H2SO4 = 11.744,72 kg/jam H2O = 28.955,31 kg/jam CaSO4.2H2O = 69.388,05 kg/jam

Neraca Massa Reaktor (R-101)

CaCO3 40.749,39 - - 407,49

H2SO4 - 51.279,77 0,00 11.744,72

H2O 8.628,66 27.612,19 23,99 28.955,31

CaSO4.2H2O - - - 69.388,05

CO2 - - 17.750,43 -

Total Arus 49.378,04 78.891,96 17.774,43 110.495,57

Total 128.270,00 128.270,00

7. Perhitungan Neraca Massa Rotary Drum Vacuum Filter (RDVF)

RDVF 9

10

11

Komposisi Arus 9:

CaCO3 = 407,49 kg/jam H2SO4 = 11.744,72 kg/jam H2O = 28.955,31 kg/jam CaSO4.2H2O = 69.388,05 kg/jam Komposisi Arus 10:

(10)

Neraca Massa Rotary Drum Vacuum Filter (RDVF)

CaCO3 407,49 - 407,49

H2SO4 11.744,72 9.395,77 2.348,94

H2O 28.955,31 23.164,25 5.791,06

CaSO4.2H2O 69.388,05 - 69.388,05

CO2 - - -

Total Arus 110.495,57 32.560,02 77.935,55

Total 110.495,57 110.495,57

8. Perhitungan Neraca Massa Rotary Dryer (RD)

RD 11

12

13

Spesifikasi produk:

CaSO4.2H2O = min. 91%

Impuritas = maks. 8%

Komposisi Arus 11:

CaCO3 = 407,49 kg/jam H2SO4 = 2.348,94 kg/jam H2O = 5.791,06 kg/jam CaSO4.2H2O = 69.388,05 kg/jam Komposisi Arus 12:

H2SO4 = 0,14 kg/jam

(11)

129 H2O = 2.177,83 kg/jam

Komposisi Arus 13:

Neraca Massa Rotary Dryer (RD)

CaCO3 407,49 - 407,49

H2SO4 2.348,94 0,14 2.348,80

H2O 5.791,06 2.177,84 3.613,23

CaSO4.2H2O 69.388,05 - 69.388,05

CO2 - - -

Total Arus 77.935,55 2.177,98 75.757,58

Total 77.935,55 77.935,55

Neraca Massa Total

Komponen Arus Input (kg/jam) Arus Output (kg/jam)

1 2 4 8 12 13

CO2 - - - 17.750,43 - -

H2O 7.694,11 4.527,71 854,78 23,99 2.177,84 3.613,23

H2SO4 - - 41.884,00 0,00 0,14 2.348,80

CaCO3 - 40.749,39 - - - 407,49

CaSO4.2H2O - - - - - 69.388,05

Total Arus 7.694,11 45.277,09 42.738,77 17.774,43 2.177,98 75.757,58

Total 95.709,98 95.709,98

(12)

130

LAMPIRAN C NERACA PANAS

Dalam perhitungan neraca panas pada pabrik kalsium sulfat dihidrat ada beberapa pertimbangan sebagai berikut;

1. Basis perhitungan dalam 1 jam operasi 2. Suhu referensi adalah 25°C atau 298,15 K

3. Satuan massa yang digunakan adalah kg dan satuan mol yang digunakan adalah kmol

4. Satuan kapasitas panas yang digunakan adalah kJ/mol dan satuan perubahan entalpi adalah kJ.

Perhitungan kapasitas panas cairan sebagai berikut.

Cp = A + BT + CT² + DT³

∫Cp dT = CpA (T – To) + ^𝐶𝑝^𝐵

2 (T² – To) + ^𝐶𝑝^𝑐

3 (T³ – To) + ^𝐶𝑝^𝐷

4 (T⁴ – To)

∆H = m. ∫Cp dT

Perhitungan kapasitas panas gas sebagai berikut.

Cp = A + BT + CT² + DT³ + ET⁴

∫Cp dT = CpA (T – To) + ^𝐶𝑝^𝐵

2 (T² – To) + ^𝐶𝑝^𝑐

3 (T³ – To) + ^𝐶𝑝^𝐷

4 (T⁴ – To) +

𝐶𝑝_𝐸

5 (T⁵ – To)

∆H = m. ∫Cp dT

1. Perhitungan Neraca Panas Mixer (M-101)

M-101 Q3

Q2 Q6

Panas Masuk:

Arus 2

T masuk = 30°C

(13)

131

Komponen Laju (kmol/jam) ∫ Cp dT (kJ/kmol) Q (kJ/jam)

CaCO3 407,4938511 418,00 170.332,43

H2O 251,5394143 312,09 78.503,90

TOTAL 248836,3311

Arus 3

T masuk = 30°C

H2O 71.104,47 71.104,47 71.104,47

TOTAL 71.104,47

Panas Keluar Arus 6

T masuk = 30°C

CaCO3 407,4938511 418,00 170.332,43

H2O 479,3698398 312,09 149.608,37

TOTAL 319.940,80

Neraca Panas Mixer-01 (M-101)

Komponen Input (kg/jam) Output (kg/jam)

Arus 2 Arus 3 Arus 6

CaCO3 170.332,43 170.332,43

H2O 78.503,90 71.104,47 149.608,37

Total Arus 248.836,33 71.104,47 319.940,80

Total 319.940,80 319.940,80

2. Perhitungan Neraca Panas Mixer-02 (M-102)

M-102 Q5

Q4 Q7

Q10

Panas Masuk:

Arus 4

T masuk = 30°C

H2SO4 427,3877353 575,1752916 245.822,8653

H2O 47,48752614 312,0938384 14.820,56431

TOTAL 260.643,4296

(14)

132 Arus 5

T masuk = 30°C

H2O 199,6201823 312,0938384 62.300,2289

TOTAL 62.300,2289

Arus 10

T masuk = 93,3°C

H2SO4 95,87525126 7.517,970882 720.787,3472

H2O 1.286,902586 3.920,239646 5.044.966,536

TOTAL 5.765.753,883

Panas Pelarutan

Data dari Appendix H, Himmemblau, 2004:

H2SO4 in H2O H pelarutan (kJ/mol)

2,00 41,923

2,93 x

3,00 48,994

Nilai x = 48,511 kJ/mol Mol H2SO4 = 523.263,99 mol/jam

∆H pelarutan H2SO4 = 25.383.755,82 kJ/jam

(15)

133 Panas Keluar

Arus 7

T masuk = 65°C

H2SO4 523,2629866 4.559,258534 2.385.691,237

H2O 1.534,010294 2.413,938367 3.703.006,304

TOTAL 319.940,80

Neraca Panas Mixer-01 (M-101)

Arus 4 Arus 5 Arus 10 Q pelarutan Q pendingin Arus 7

H2SO4 245.822,8653 720.787,3472 2.385.691,237

H2O 1.4820,56431 62.300,2289 5.044.966,536 3.703.006,304

Q

pelarutan 25.383.755,82

Q

pendingin 25.383.755,82

Total Arus 260.643,4296 62.300,2289 5.765.753,883 25.383.755,82 25.383.755,82 6.088.697,541

Total 31.472.453,36 31.472.453,36

3. Perhitungan Neraca Panas Reaktor (R-101)

R-101 Q6

Q7

Q8

Q9

Panas Masuk Arus 6

T masuk = 30°C

CaCO3 407,4938511 418 170.332,4298

H2O 479,3698398 312,0938384 149.608,3733

TOTAL 319.940,8031

Arus 7

T masuk = 65°C

H2SO4 523,2629866 4.559,258534 2.385.691,237

H2O 1.534,010294 2.413,938367 3.703.006,304

TOTAL 319.940,80

(16)

134 Panas Reaksi

Reaksi yang terjadi:

CaCO3 + H2SO4 + H2O CaSO4.2H2O + CO2 Komponen Laju Alir

(kmol/jam)

∆Hf

(kcal/kmol) ∆Hf (kcal/jam) ∆Hf (kJ/jam) CaCO3 403,4189126 -0,2895 -116,7897752 -488,6484194 H2SO4 403,4189126 -0,19369 -78,13820918 -326,9302672 H2O 403,4189126 -0,0683174 -27,56053122 -115,3132626 CaSO4.2H2O 403,4189126 -0,47933 -193,3707874 -809,0633744 CO2 403,4189126 -0,094052 -37,94235557 -158,7508157

ΔHºR = ΔHf produk - ΔHf reaktan

= (ΔHôf CaSO4.2H2O + ΔHôf CO2) – (ΔHôf CaCO3+ ΔHôf H2SO4+ ΔHôf H2O)

= 36,922 kJ/jam

T keluar = 93,3°C

H2SO4 7.517,97 0,07

H2O 1,33 3.920,24 5.225,64

CO2 403,42 30,24 12.198,72

TOTAL 17.424,43

Arus 9

T keluar = 93,3°C

CaCO3 4,07 5.712,39 23.277,63

H2SO4 119,84 7.517,97 900.984,18

H2O 1.608,63 3.920,24 6.306.208,17

CaSO4.2H2O 403,42 12.791,38 5.160.283,00

TOTAL 12.390.752,98

Beban Panas Reaktor (R-101) = Qinput– Qoutput

= -5.999.502,1 kJ/jam

(17)

135

Neraca Panas Reaktor (R-101)

Komponen

Input (kg/jam) Output (kg/jam)

Arus 6 Arus 7 Q

reaksi Arus 8 Arus 9 Q pendingin

CaCO3 170.332,43 23.277,63

H2SO4 2.385.691,24 0,07 900.984,18

H2O 149.608,37 3.703.006,30 5.225,64 6.306.208,17

CaSO4.2H2O 5.160.283,00

CO2 12.198,72

Q reaksi 36,92

Q pendingin -5.999.502,1

Total Arus 319.940,80 6.088.697,54 36,92 17.424,43 12.390.752,98 -5.999.502,1

Total 6.408.675,27 6.408.675,27

4. Perhitungan Neraca Panas Rotary Drum Vacuum Filter (RDVF)

RDVF Q9

Q10

Q11

T masuk = 93,3°C

CaCO3 4,07 5.712,39 23.277,63

H2SO4 119,84 7.517,97 900.984,18

H2O 1.608,63 3.920,24 6.306.208,17

CaSO4.2H2O 403,42 12.791,38 5.160.283,00

TOTAL 12.390.752,98

T masuk = 93,3°C

H2SO4 95,87525126 7.517,970882 720.787,3472

H2O 1286,902586 3.920,239646 5.044.966,536

TOTAL 5.765.753,883

Arus 11

T keluar = 93,3°C

(18)

136

CaCO3 4,07 5.712,39 23.277,63

H2SO4 23,97 7.517,97 180.196,84

H2O 321,73 3.920,24 1.261.241,63

CaSO4.2H2O 403,42 12.791,38 5.160.283,00

TOTAL 6.624.999,10

Neraca Panas Rotary Drum Vacuum Filter (RDVF)

Arus 9 Arus 10 Arus 11

CaCO3 23.277,63 23.277,63

H2SO4 900.984,18 720.787,35 180.196,84

H2O 6.306.208,17 5.044.966,54 1.261.241,63

CaSO4.2H2O 5.160.283,00 5.160.283,00

Total Arus 924.261,81 720.787,35 203.474,47

Total 924.261,81 924.261,81

5. Perhitungan Neraca Panas Rotary Dryer (RD)

RD Q11

Q12

Q13

T masuk = 93,3°C

CaCO3 4,07 5.712,39 23.277,63

H2SO4 23,97 7.517,97 180.196,84

H2O 321,73 3.920,24 1.261.241,63

CaSO4.2H2O 403,42 12.791,38 5.160.283,00

TOTAL 6.624.999,10

Udara Masuk

T masuk = 162°C

Udara 3.134,31 4.024,90 12.615.287,27

TOTAL 12.615.287,27

(19)

Arus 12

T keluar = 103,21°C

H2SO4 0,0014 8.519,7140 12,2396

H2O 120,9909 4.422,5380 535.086,6913

TOTAL 535.098,9309

Arus 13

T keluar = 103,21°C

CaCO3 4,07 6.538,36 26.643,40

H2SO4 23,97 8.519,71 204.195,19

H2O 200,73 4.422,54 887.757,19

CaSO4.2H2O 403,42 14.640,91 5.906.420,80

TOTAL 7.025.016,58

Udara Keluar

T keluar = 105,29

Udara 3.134,31 2.358,78 7.393.157,03

TOTAL 7.393.157,03

Beban Panas Rotary Dryer (RD) = Qinput– Qoutput

= 4.287.013,82 kJ/jam Neraca Panas Rotary Dryer (RD)

Arus 11 Q Udara Arus 12 Arus 13 Q Udara Q isolasi

CaCO3 23.277,63 26.643,40

H2SO4 180.196,84 12,24 204.195,19

H2O 1.261.241,63 535.086,69 887.757,19

CaSO4.2H2O 5.160.283,00 5.906.420,80

Q udara 12.615.287,27 7.393.157,03

Q isolasi 4.287.013,824

Total Arus 6.624.999,10 12.615.287,27 535.098,93 7.025.016,58 7.393.157,03 4.287.013,82

Total 19.240.286,36 19.240.286,36

6. Perhitungan Neraca Panas Heater (E-101)

E-101

Q14 Q15

(20)

138 Panas Masuk

Arus 14

T masuk = 30°C

Udara 3.134,31 146,89 460.411,94

TOTAL 460.411,94

T masuk = 140°C

Udara 10.589.474,71 10.589.474,71 10.589.474,71

TOTAL 10.589.474,71

Beban Panas Heater (E-101) = Qinput– Qoutput

= 10.129.062,77 kJ/jam Neraca Panas Heater (E-101)

Arus 14 Q steam Arus 15

Udara 460.411,94 10.589.474,71

Steam 10.129.062,77

Total Arus 460.411,94 10.129.062,77 10.589.474,71

Total 10.589.474,71 10.589.474,71

7. Perhitungan Neraca Panas Blower (B-101)

B-101

Q16 Q17

T masuk = 30°C

Udara 3.134,31 146,89 460.411,94

TOTAL 460.411,94

(21)

Arus 17

T masuk = 30°C

Udara 3.134,31 146,89 460.411,94

TOTAL 460.411,94

Neraca Panas Blower (B-101)

Arus 16 Arus 17

Udara 460.411,94 460.411,94

Total 460.411,94 460.411,94

8. Perhitungan Neraca Panas Cooling Conveyor (CC-101)

CC-101

Q13 Q18

T masuk = 103,21°C

CaCO3 4,07 6.538,36 26.643,40

H2SO4 23,97 8.519,71 204.195,19

H2O 200,73 4.422,54 887.757,19

CaSO4.2H2O 403,42 14.640,91 5.906.420,80

TOTAL 7.025.016,58

T masuk = 35°C

CaCO3 4,07 836,00 3.406,65

H2SO4 23,97 1.147,65 27.506,05

H2O 200,73 620,36 124.527,57

CaSO4.2H2O 403,42 1.872,00 755.200,20

TOTAL 910.640,47

Beban Panas Cooling Conveyor (CC-101) = Qinput – Qoutput

= 6.114.376,105 kJ/jam

(22)

140

Neraca Panas Cooling Conveyor (CC-101)

Arus 13 Arus 18 Q isolasi

CaCO3 26.643,40 3.406,65

H2SO4 204.195,19 27.506,05

H2O 887.757,19 124.527,57

CaSO4.2H2O 5.906.420,80 755.200,20

Q isolasi 6.114.376,105

Total Arus 7.025.016,58 910.640,47 6.114.376,10

Total 7.025.016,58 7.025.016,58

(23)

141 9. Neraca Panas Total

Komponen Input (kJ/jam)

Q4 Q5 Q pelarutan Q reaksi Q6 Q7 Q10 Q11 Q Steam Q Udara Q E-101 Q CC-101

CaCO3 170.332,43 23.277,63 26643,39866

H2SO4 245.822,87 2.385.691,24 720.787,35 180.196,84 204195,1915

H2O 14.820,56 62.300,23 149.608,37 3.703.006,30 5.044.966,54 1.261.241,63 887757,1907

CaSO4.2H2O 5.160.283,00 5906420,799

CO2

Q reaksi 36,92

Q pendingin

Q pelarutan 25.383.755,82

Q isolasi

Q pemanas 10.129.062,77

Q udara 12.615.287,27 460.411,94

Total Arus 260.643,43 62.300,23 25.383.755,82 25.383.755,82 319.940,80 6.088.697,54 5.765.753,88 6.624.999,10 10.129.062,77 12.615.287,27 460.411,94 7.025.016,58

Total 74.735.906,28

Komponen

Output (kJ/jam) Q pendingin

mixer-102 Q7 Q pendingin

R-101 Q8 Q9 Q12 Q13 Q Isolasi

Q Pendingin

CC-101

Q Udara Q E-101 Q CC-101

CaCO3 23.277,63 26.643,40 3.406,65

H2SO4 2.385.691,24 0,07 900.984,18 12,24 204.195,19 27.506,05

H2O 3.703.006,30 5.225,64 6.306.208,17 535.086,69 887.757,19 124.527,57

CaSO4.2H2O 5.160.283,00 5.906.420,80 755.200,20

CO2 12.198,72

Q reaksi

Q pendingin 25.383.755,82 -5.999.502,15 6.114.376,10

Q isolasi 4.287.013,82

Q pemanas

Q udara 7.393.157,03 10.589.474,71

Total Arus 6.088.697,54 -5.999.502,15 17.424,43 12.390.752,98 535.098,93 7.025.016,58 4.287.013,82 6.114.376,10 7.393.157,03 10.589.474,71 910.640,47

Total 74.735.906,28

(24)

142

LAMPIRAN D

PERANCANGAN REAKTOR

- Kode : R-01

- Fungsi : Mereaksikan batuan kapur dan asam sulfat menjadi kalsium sulfat dihidrat

- Jenis : Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB) - Alasan pemilihan :

1. Reaksi berjalan secara isotermal dimana suhu dan komposisi dijaga sama, sehingga adanya pengadukan akan mendukung proses yang berjalan.

2. Fase reaktan cair sehingga memungkinkan menggunakan RATB.

3. Menghindari hot spot (suhu tinggi di titik tertentu) dengan adanya pengadukan.

(Rase, 1977) - Bahan konstruksi : Stainless steel SA-240 Grade 304

- Alasan pemilihan :

1. Kuat dan tahan terhadap korosi asam sulfat 2. Umum digunakan dan lebih ekonomis 3. Mudah difabrikasi

4. Cocok untuk kondisi operasi suhu yang tidak terlalu tinggi

(Timmerhause, 2012) - Konversi reaksi : 99%

- Waktu tinggal : 7 menit - Reaksi yang terjadi :

CaCO3 + H2SO4 + H2O CaSO4.2H2O + CO2

(25)

143

A. MENGHITUNG VOLUME REAKTOR 1. Neraca Massa Overall di Sekitar Reaktor Dari perhitungan neraca massa diperoleh:

CaCO3 40.749,39 - - 407,49

H2SO4 - 51.279,77 0,00 11.744,72

H2O 8.628,66 27.612,19 23,99 28.955,31

CaSO4.2H2O - - - 69.388,05

CO2 - - 17.750,43 -

Total Arus 49.378,04 78.891,96 17.774,43 110.495,57

Total 128.270,00 128.270,00

2. Menentukan Flow Rate

Sebelum menghitung flow rate, dilakukan perhitungan densitas sebagai berikut (Yaws, 1999).

ρ = A . B^-(1-^T^T^c⁾

n

T = 93,3°C

Komponen Input (kg/jam) ρi (kg/L) FVi (L/jam) xi xi/ρi (kg/L)

CaCO3 407,494 2,7100 150,3667347 0,003 0,0012

H2SO4 11.744,718 1,7476 6.720,414529 0,092 0,0524

H2O 28.955,308 0,9623 30.114,37819 0,226 0,2348

CaSO4.2H2O 69.388,053 1,0252 67.683,68043 0,541 0,5277

CO2 17.750,432 1,9800 8.964,864725 0,138 0,0699

Total 3.839,84 10,19 113.633,7046 1,00 0,8859

ρ =1/Ʃ (xi/ρi)

= 1/0,8859

= 1,1288 kg/L

3. Menentukan Volume Reaktor Volume reaktor = ∑Fvi . τ

= 113.633,7046 L/jam . (0,1167 jam)

= 13.257,26 L

= 13,257 m³

= 468,176 ft³

= 83,37 bbl

(26)

144 Overdesign = 20% (Towler, 2013) Maka,

Volume desain = 20% Volume reaktor

= 15.908,719 L

= 15,909 m³

= 561,812 ft³

= 100,05 bbl

B. MENENTUKAN DIMENSI UTAMA REAKTOR 1. Menghitung Dimensi Reaktor

Volume head = 0,000049 Dt³ (dengan Dt dalam satuan in) Berdasarkan Tabel 8.3 Rase (1977), untuk V < 400bbl, maka Ls = Dt Volume reaktor = Volume silinder + 2 Volume head

Volume reaktor = (1/4) π Dt³ + 2 (0,000049) Dt³ Volume reaktor = 0,000454 Dt³+ 0,000049 Dt³ Volume reactor = 0.,000552 Dt³

Dt³ = 1.017.254,256 in³

D = 100,572 in

= 2,555 m

= 8,381 ft

Volume Reaktor = Volume Shell Reaktor + Volume Bottom Head Volume Shell Reaktor = 611,657 ft³

Volume Shell Reaktor = (1/4) π Dt²H 611,657 ft³ = 55,139H

H = 11,093 ft

= 3,381 m

= 133,115 in Dengan,

H = tinggi reaktor Dt = diameter reaktor

(27)

145

2. Menghitung Tinggi Cairan dalam Tangki Volume bottom head = 0,000049 Dt³

= 49,845 ft³ Volume cairan total = 13.257,3 L

= 468,176 ft³

Volume cairan di silinder dinotasikan dengan Vs, maka:

Vs = Volume cairan total + Volume bottom head

= 468,176 ft³+ 49,845 ft³

= 518,021 ft³

Tinggi cairan di silinder dinotasikan dengan Hs, maka:

Vs = (1/4) π Dt² Hs Hs = 9,395 ft

= 2,864 m

3. Menentukan Tebal Dinding Reaktor

ts = PR

SE-0,6P + C (ASME Section VIII) dengan,

ts = tebal dinding reaktor (in) P = tekanan operasi (psia) R = jari-jari dalam tangki (in)

Tekanan desain merupakan jumlah dari tekanan operasi dan tekanan hidrostatik yang dirancang berlebih 15% (Towler, 2013)

P hidrostatik = ρ.g/gc.Hs

= 70,46 lb/ft³ (32,174/32,174) (9,395 ft) (1/144)

= 4,598 lb/in³

= 4,598 psia P operasi = 1 atm

= 14,69 psia

Maka, P = P operasi + P hidrostatik

(28)

146

= 14,69 psia + 4,598 psia

= 19,293 psia P desain = 15% P operasi

= 21,498 psia

= 1,463 atm

Untuk stanless steel SA-240 Grade S type 304, maka:

Allowable stress (S) = 17.000 psia Corrosion allowance (C) = 0,125 in Efisiensi pengelasan (E) = 0,8

Tekanan perancangan (P) = 21,498 psia Jari-jari dalam (Ri) = 50,286 in Maka, tebal dinding reaktor (ts) adalah:

ts = 0,205 in

Digunakan tebal standar dinding reaktor = 1/4 in 4. Menentukan Tebal Head

th = 0,885PL

SE-0,1P + C (ASME Section VIII) dengan,

th = tebal head (in)

L = diameter dalam tangki (in) Maka,

th = 0,141 in

Digunakan tebal standar head = 3/16 in

5. Menghitung Tinggi Head OD head = ID shell + 2th

= 100,571 in + 2(3/16 in)

= 101,072 in

= 8,423 ft

Digunakan OD standar = 102 in

(29)

147

= 8,5 ft

= 2,591m

Dari Tabel 5.7 Brownell untuk OD = 102 in, maka:

icr = 6,1 in r = 96 in

Untuk tebal head 3/16 in, maka sf = 1,5 – 2,5

dipilih sf = 1,5 in

Dari persamaan figure 5.8 Brownell, maka:

BC = r – icr

= 89,875 in AB = (ID/2) – icr

= 44,161 in AC = (BC² – AB²)^0,5

= 78,277 in b = r – AC

= 17,723 in

Maka, tinggi head reaktor adalah:

Tinggi head = th + b + sf

= 19,41 in

= 1,618 ft

= 0,493 m

Tinggi reaktor total (OA) = H + 2(Tinggi Head)

= 171,936 in

OD

b icr

B A

ID a sf

OA

rC

C

th

(30)

148

= 14,328 ft

= 4,367 m

C. MENENTUKAN DIMENSI DAN DAYA PENGADUKAN 1. Menghitung Viskositas Campuran Keluar Reaktor

log µ = A + B/T + C.T + D.T²

Komponen Massa, kg wi Log μ μ wi/μ

CaCO3 407.494 0.003 0.32037 0.010

H2SO4 11,744.718 0.092 6.73E-01 4.709 0.019

H2O 28,955.308 0.226 -5.23E-01 0.300 0.754

CaSO4.2H2O 69,388.053 0.541 0.011 48.308

CO2 17,750.432 0.138 0.019 7.118

Total 128,246.005 1.000 56.209

Maka, µ campuran = 1/Ʃ(wi/μ)

= 0,018 cP

= 0,0043 lbm/ft.jam

Dari data viskositas cairan dalam reaktor, maka dari figure 8.4 Rase dipilih jenis pengaduk turbin dengan 6 flat blade dengan 4 baffle.

Alasan pemilihan:

- Rentang viskositas pengaduk jenis ini sesuai dengan viskositas bahan di reaktor - Baffle dapat memperbaiki transfer panas di dalam reaktor

(31)

149 Berdasarkan figure 507 Brown, maka:

Dt/Di = 3 Z1/D1 = 3,9 Zi/Di = 1,3 Dengan,

Da = diameter pengaduk (ft) Dt = diameter dalam reaktor (ft)

E = jarak pengaduk dari dasar reaktor (ft) H = tinggi cairan dalam reaktor (ft) W = tinggi blade

L = lebar blade J = lebar baffle Maka,

Da = Dt/3

= 2,794 ft = 0,852 m = 33,524 in Tinggi Cairan dalam Pengadukan (Zl)

(32)

150 Z1 = Da x 3,2

= 10,895 ft = 3,321 m = 130,743 in Jarak Pengaduk dari Dasar Tangki (Zi) Zi = Da x 1,1

= 3,632 ft = 1,107 m = 43,581 in Lebar Impeller (L)

L = 1/4 Da

= 0,698 ft = 0,213 m = 8,381 in

2. Menghitung Dimensi Baffle

Panjang baffle (S) = Tinggi shell = 133,116 in Lebar baffle (J) = 1/4 Dt

= 25,143 in = 0,639 m = 2,095 ft Tebal baffle (W) = 1/12 Dt

= 8,381 in = 0,213 m = 0,698 ft Volume baffle (Vb) = J x S x W x jumlah baffle

= 1,839 m³ 3. Menghitung Volume Poros Kecepatan Putaran Pengaduk (N) Dari persamaan 8.8 Rase, diperoleh:

WELH

2Da = (πDaN 600 )

2

Dengan,

N = kecepatan putaran pengaduk, rpm WELH = Water Equivalent Liquid Height

= Hs . SG cairan

= 3,359 m = 11,02 ft Jumlah turbin = WELH/Da

= 1 buah WELH

2Da = (πDaN 600 )

2

(33)

151 N² = 9.227,469

N = 96,06 rpm

Digunakan impeller speed standar 100 rpm (Walas, halaman 288)

4. Menentukan Daya Pengaduk N^Re = (N Da² ρ)/μ

= 76.676.905,794

Dari figure 8.8 Rase, untuk NRe = 10²-10⁷, Power Number (Np) = 5,5

Besarnya daya yang dibutuhkan untuk pengadukan dihitung menggunakan persamaan:

P = 3,52×10^-3× Np ×( ρ

62,42) (N 60)

3

(Da 12)

3

= 15,26 HP

Untuk perancangan motor pengaduk ditambah 10% dan 0,5 hp, maka:

P = 15,26 HP + 1,526 HP + 0,5 HP

= 17,28 HP

≈ 20 HP

D. MERANCANG JAKET PENDINGIN 2. Menghitung Panas yang Dilepas

Dari perhitungan neraca panas reaktor pada lampiran B didapatkan Qpendingin

sebesar 5.999.502,15 kJ/jam atau sebesar 5.686.478,48 Btu/jam.

3. Menghitung Kebutuhan Air Pendingin

Media pendingin yang digunakan adalah air dengan spesifikasi sebagai berikut.

Suhu pendingin masuk (t1) = 30ºC Suhu pendingin masuk (t2) = 45ºC

Tavg = 37,5ºC

Cp air pada Tavg = 4,18 kJ/kg.K ρ air pada Tavg =1.015,96 kg/m³ Jadi, kebutuhan air pendingin:

(34)

152 m = Q_pendingin

Cp × (T₂ - T₁)

= 95.603,356 kg/jam V = 94,101 m³/jam

4. Menentukan Lebar Jaket Lebar jaket = 85,86 in

= 2,18 m Diameter jaket = 83,43 in

= 6,95 m

5. Menghitung Koefisien Transfer Panas Air Dalam Jaket ke Dinding Reaktor (ho)

(Kern, 1950) Dengan,

k = konduktivitas termal air = 0,35 Btu/hr.ft.ºF ρ = densitas air = 63,42 lb/ft³ μ = viskositas air = 1,79 lbm/ft.hr Cp = kapasitas panas air = 0,999 Btu/lb.ºF De = diameter ekuivalen = 52,719 ft Nilai jh dihitung dengan rumus berikut:

Didapatkan nilai Jh = 231.981,53 Maka,

ho = 1.603,28 Btu/hr.ft².ºF

(35)

153

6. Menghitung Koefisien Perpindahan Panas Fluida dari Tangki Reaktor ke Jaket (hi)

(Geankoplis, pers 4.13-1, hal 302) Dengan,

Dt = diameter reaktor = 8,38 ft

k = konduktivitas termal fluida = 0,166 Btu/hr.ft.ºF μ = viskositas fluida = 0,043 lbm/ft.hr Cp = kapasitas panas fluida = 531,89 Btu/lb.ºF N = rotasi pengaduk = 6000 rph

ρ = densitas fluida = 97,59 lb/ft³ L = diameter impeller = 2,794 ft Maka,

hi = 10.085,205 Btu/hr.ft².ºF

7. Menghitung Koefisien Transfer Panas dari Dinding Reaktor Dalam ke Dinding Reaktor Luar (hio)

hio = hi × ID OD

(Kern, 1950) Dengan,

hi = 10.085,205 Btu/hr.ft².ºF ID = 8,38 ft

OD = 8,5 ft Maka,

hio = 9.943,99 Btu/hr.ft².ºF

8. Menghitung Nilai Uc dan Ud

Uc = ^{ho × hio}_{ho + hio} (Kern, 1950)

(36)

154

= 1.380,68 Btu/hr.ft².ºF

Berdasarkan TEMA standars (1999) dan Ludwing (2001), Rd yang diizinkan 0,0003-0,00017 m².C/W.

Dipilih nilai Rd = 0,0003 Ud = ₁ ¹

Uc + Rd (Kern, 1950)

= 411,902 Btu/hr.ft².ºF

9. Menghitung Luas Perpindahan Panas

Menghitung ΔTLMTD (Log Mean Temperature Differential) ΔT_LMTD = ^(T^1-^t²^)-(T^2-^t¹⁾

ln^(T1-t2) (T2-t1)

(Kern, 1950)

= 99,88ºF

Luas Perpindahan Panas yang Dibutuhkan A = Q

Ud × ΔT_LMTD

= 138,21 ft²

Luas Peerpindahan Panas yang Tersedia A = π. Dt . H + ¼ . π. Dt²

= 349,06 ft²

Karena luas perpindahan panas yang tersedia lebih besar daripada luas perpindahan panas yang dibutuhkan, maka jaket dapat digunakan.

10. Menghitung Dimensi Jaket Pendingin Tinggi Jaket

H = A - ¼ . π . Dt² π. Dt

= 11,169 ft

= 3,4 m Tebal Jaket t = P × r_i

fE - 0.6P+C

(37)

155

Bahan yang digunakan adalah Stainless Steel SA-240 Grade 304 dengan spesifikasi sebagai berikut.

Allowable stress (f) = 17.000 psia Corrosion allowance (C) = 0,125 in Efisiensi pengelasan (E) = 0,8

P desain (P) = 21,49 psia Sehingga,

Tebal jaket = 0,193 in

Dipilih tebal standar sebesar 1/4 in.

E. MERANCANG PIPA 1. Menghitung viskotas cairan log µ = A + B/T + C.T + D.T²

Komponen Arus 6 (kg/jam) wi μi (cP) wi/μi

CaCO3 40.749,39 0,83 0,32 2,58

H2O 8.628,66 0,17 0,82 0,21

Jumlah 49.378,04 1,00 2,79

Maka, µ campuran = 1/ Ʃ(wi/μi)

= 0,358 cP

= 0,866 lbm/ft.hr 2. Menghitung densitas cairan ρi = A.B(-(1-(T/Tc)^n)

Komponen Arus 6 (kg/jam) Fvi (L/jam) ρi ( kg/L) wi wi/ρi

CaCO3 40.749,39 15.036,67 2,71 0,83 0,30

H2O 8.628,66 8.435,69 1,02 0,17 0,17

Jumlah 49.378,04 23.472,36 1,00 0,48

Maka, ρ campuran = 1/ Ʃ(wi/ρi)

= 2,10 g/mL

= 131,33 lb/ft³

3. Merancang pipa umpan dan produk Untuk aliran turbulen → Di optimum = 3,9 Q^0,45ρ^0,13