LAMPIRAN NERACA MASSA

(1)

A-1 LAMPIRAN NERACA MASSA

Spesifikasi Bahan Baku :

 Sodium silikat = 35% berat

H2O = 65% berat

 Asam Sulfat = 98 % berat

H2O = 2 % berat

Spesifikasi Produk :

 Precipitated Silica minimal 97 % berat Impuritas maksimal 3 % berat Basis Perhitungan = 1 jam operasi

Satuan = kilogram (kg)

Operasi pabrik 1 tahun = 330 hari

Kapasitas = 50.000 ton/tahun

Berat Molekul Komponen (gr/mol) :

 Na2O.3,2 SiO2 = 254,310 (kg/kmol)

 Na2SO4 = 142,050 (kg/kmol)

 H2O = 18,020 (kg/kmol)

 H2SO4 = 98,080 (kg/kmol)

 SiO2 = 60,100 (kg/kmol) D-01

T-01

R-01

T-02

RF-01 RD-01

NF-01 4

3

1

2

5

6

7

11

12

10 9

8

(2)

A-2 1. Neraca Massa di Sekitar Dissolver Asam Sulfat (D-01)

1 3

2 Input = Output

Arus (1) + Arus (2) = Arus (3)

Produk keluar dissolver (D-01) adalah larutan H2SO4 dengan komposisi:

H2SO4 = 5% berat H2O = 95% berat

Sedangkan reaktan yang digunakan adalah larutan H2SO4 dengan komposisi:

H2SO4 = 98% berat H2O = 2% berat

Perbandingan mol umpan masuk reaktor Na2O.3,2SiO2 : H2SO4 = 1 : 1,1 Digunakan basis 10.000 kg Na2O.3,2SiO2 = 39,322 kmol

Sehingga kebutuhan H2SO4 = 1,1 / 1 x 39,322 kmol = 43,254 kmol = 4.242,381 kg Laju alir total pada F3 adalah :

100

5 x 4.242,381 kg = 84.847,627 kg Maka, F1 + F2 = F3

F1 + F2 = 84.847,627 kg Neraca massa komponen air F1 x1 + F2 x2 = F3 x3

F1 (0,02) + (84.847,627 – F1 ) (1) = (84.847,627) (0,95) F1 = 4.328,961 kg

F2 = 80.518,666 kg

Jadi, kebutuhan air untuk dissolver adalah sebesar 80.518,666 kg Komposisi

Laju Alir Masuk Laju Alir Keluar

Arus 1 Arus 2 Arus 3

Kg Kmol Kg Kmol Kg Kmol

H2SO4 4.242,381 43,254 0 0 4.242,381 43,254

H2O 86,579 4,805 80.518,666 4.468,294 80.605,246 4.473,099 Jumlah 4.328,961 48,059 80.518,666 4.468,294 84.847,627 4.516,353

84.847,627 84.847,627

D-01

(3)

A-3 2. Neraca Massa di Sekitar Reaktor (R-01)

3 5

4

Basis Na2O.3,2SiO2 = 10.000 kg = 39,322 kmol Laju alir total F4 adalah:

100

35 x 10.000=28.571,429 kg

Sehingga neraca massa total pada reaktor adalah:

F3 + F4 = F5

84.847.627 kg + 28.571,429 kg = F5 F5 = 113.419,055 kg

Reaksi: Na2O.3,2SiO2 + H2SO4 3,2 SiO2 + Na2SO4 + H2O Konversi reaksi = 99,4%

Na2O.3,2SiO2 bereaksi = 99,4% x 39,322 kmol = 39,086 kmol

= 9.940 kg

Na2O.3,2SiO2 sisa = (39,322 – 39,086) kmol = 0,236 kmol = 60 kg H2SO4 bereaksi = 39,086 kmol = 3.833,570 kg

H2SO4 sisa = (43,254 – 39,086) kmol = 4,168 kmol = 408,811 kg SiO2 terbentuk = 3,2 x 39,086 kmol = 125,076 kmol = 7.517,049 kg Na2SO4 terbentuk = 39,086 kmol = 5.552,188 kg

H2O terbentuk = 39,086 kmol = 704,333 kg H2O arus 5 = arus 3 + arus 4 + H2O terbentuk

= (4.473,099 + 1.030,601 + 39,086)

= 5.542,786 kmol = 99.881,007 kg Komposisi

Na2O.3,2SiO2 10.000,000 39,322 60,000 0,236

H2SO4 42.42,381 43,254 408,811 4,168

SiO2 7.517,049 125,076

Na2SO4 5.552,188 39,086

H2O 80.605,246 4.473,099 18.571,429 1.030,601 99.881,007 5.542,786 Jumlah 84.847,627 4.516,353 28.571,429 1.069,923 113.419,055 5.711,352

113.419,055 113.419,055

R-01

(4)

A-4 3. Neraca massa di sekitar Rotary Vacuum Filter (RF-01)

a. Neraca Massa Di Sekitar “Tahap 1 : Pembentukan Cake”

1. Menghitung komposisi Na2SO4 dan H2O di dalam rongga cake Asumsi :

- Cake bersifat noncompressible - % saturasi hasil pencucian = 1%

- Na2O.3,2SiO2 dan H2SO4 yang terikut cake diabaikan karena jumlahnya sangat kecil dibandingkan SiO2

- SiO2 tidak larut dalam air (Perry, tabel 3.1)

 Menentukan porositas Cake ρbulk cake = 0,22 kg/l ρtrue cake = 2,0 kg/l

(Indian Standard, Specification for precipitated silica for rubber industry, 1986) ρ_bulk = massa solid

vol. solid + vol. rongga= _Vs+Vr^Ms =1,1 kg/l ρ_true = massa solid

vol. solid = Ms

Vs=2 kg/l Ms = 2 Vs

2 Vs

Vs + Vr= 1,1

0,22 Vs + 0,22 Vr = 2 Vs 1,78 Vs = 0,22 Vr

Vs = 0,124 Vr

porositas = _{Vs + Vr}^Vr = 1,22 Vr + Vr^Vr = 0,450

Tahap 1 Pembentukan Cake

Tahap 2 Pencucian Cake 5

6

7’ 7”

7

8’ 8

Tahap 1 Pembentukan Cake 5

7’

8’

= 0,22

0,22

= 0,890

(5)

A-5

 Menghitung volume filtrat / volume rongga dalam cake pada arus F8’ Berat solid dalam cake = 7.517,049 kg

Volume cake = 7.517,049 / ρbulk = 34.168,41 liter Volume rongga = 0,450 x 34.168,41 liter = 30.409,881 liter Asumsi , volume filtrat = volume rongga

Filtrat dalam cake berupa Na2SO4 dan H2O

Volume filtrat yang terikut cake = 30.409,881 liter ρ Na2SO4 = 1,464 kg/l

1/ρ Na2SO4 = 0,683 l/kg

ρ H2O = 1 kg/l sehingga Vw (liter) = Fw (kg) Fraksi volume Na₂SO₄ =

Na₂SO₄ ρNa₂SO₄ (Na₂SO₄

ρNa₂SO₄)+(H₂O ρH₂O) Fraksi volume Na₂SO₄ = 5.552,188/1,464

(5.552,188/1,464)+(99.881,007/1)

= 0,037 bagian filtrate

Fraksi Volume H2O = 1 – Fraksi volume Na2SO4 = 1 – 0,037 = 0,963 2. Menghitung laju alir massa komponen dalam F8’

 Menghitung laju alir massa Na2SO4 dalam F8’

V Na2SO4 = (fraksi volume Na2SO4 dalam rongga cake) x (volume rongga) = 0,037 x 30.409,881 liter

= 1.112,423 liter

Fraksi Na2SO4 = volume Na2SO4 (F8’) x ρ Na2SO4

= 1.112,423 liter x 1,464 kg/liter

= 1.628,588 kg

 Menghitung laju alir massa H2O dalam F8’

Volume H2O dalam cake = (fraksi volume massa H2O dalam rongga cake) x (volume rongga)

= 0,963 x 30.409,881 liter

= 29.297,458 liter Massa H2O dalam cake = 29.297,458 kg

(6)

A-6

 Menghitung laju alir massa SiO2 dalam F8’

Neraca massa SiO2 di sekitar “Tahap 1 : Pembentukan cake”

F5 .X5 SiO2 = F7’ .X7 SiO2’ + F8’.X8 SiO’ 7517,049 = 0 + F8 SiO2’

F8 SiO2’ = 7.517,049 kg

 Menghitung laju alir massa komponen dalam F7’

 Menghitung laju alir massa Na2SO4 dalam F7’

Neraca massa Na2SO4 di sekitar “Tahap 1 : Pembentukan cake”

F5 .X5 Ns2SO4 = F7’.X7 Na2SO4’ + F8’.X8 Na2SO4’ 5.552,188 = F7 Na2SO4’ + 1.628,588

F7 Na2SO4’ = 3.923,600 kg

 Menghitung laju alir massa H2O dalam F7’

Neraca massa H2O di sekitar “Tahap 1 : Pembentukan cake”

F5 . X5H2O = F7’ . X7 H2O’ + F8’ .X8 H2O’ 99.881,007 = F7 H2O’ + 29.297,458 F7 H2O’ = 70.583,549 kg

 Menghitung laju alir massa Na2O.3,2SiO2 dalam F7’

Neraca massa Na2O.3,2SiO2di sekitar “Tahap 1 : Pembentukan cake”

F5 .X5 Na2O.3,2SiO2 = F7’ .X7 Na2O.3,2SiO2’ + F8’ .X8 Na2O.3,2SiO2’ 60,000 = F7 Na2O.3,2SiO2’ + 0

F7 Na2O.3,2SiO2’ = 60,000 kg

 Menghitung laju alir massa H2SO4 dalam F7’

Neraca massa H2SO4 di sekitar “Tahap 1 : Pembentukan cake”

F5.X5 H2SO4 = F7’ .XH2SO4’ + F8’ .X8 H2SO4’ 408,811 = F7 H2SO4’ + 0

F7 H2SO4’ = 408,811 kg

b. Neraca Massa Di Sekitar “Tahap 2 : Pencucian Cake”

Tahap 2 Pencucian Cake 8’

7”

8 6

(7)

A-7 Tujuan : -Menghitung laju alir massa F6

-Menghitung laju alir massa dan komposisi dalam F8

-Menghitung laju alir massa komponen dalam F7” 1. Menghitung laju alir massa F6

Dari fig. 259 a. Brown, dengan saturasi 1% dan diameter partikel rata-rata 0,00744094 in (Daizo Kunii, Fluidization Engineering, hal: 169) diperoleh,

volume pencuci

volume filtrat pada cake mula-mula V6

V filtrat'

V6 = 15 x V filtrat’

= 15 x 30.409,881 liter

= 456.148,22 liter F6 = 456.148,22 kg 2. Menghitung laju alir massa dan komposisi dalam F8

 Menghitung laju alir massa Na2SO4 dalam F8

% saturasi= vol. filtrat vol. rongga

dimana Vfiltrat = volume filtrat yang tertinggal dalam cake setelah pencucian Vfiltrat = 1% x volume rongga = 1 % x 30.409,22 liter = 304,099 liter

V8 Na2SO4 = (fraksi volume Na2SO4 dalam rongga cake) × Vfiltrat

= 0,037 × 30.409,22 liter

= 11,124 liter F8 Na2SO4 = V8 Na2SO4 × ρ Na2SO4

= 11,124 liter × 1,464 kg/liter = 16,286 kg

 Menghitung laju alir massa H2O dalam F8

Untuk Rotary vacuum filter kekeringan cake antara 60-80% (Ulrich, A Guide to Chemical Engineering Process Design and Economics, table 4-23).

Kekeringan diambil cake 75%

F8 H2O = ²⁵

75 x (F8 SiO2 + F8 Na2SO4) = ²⁵

75 x (7.517,049 + 16,286) kg = 2.511,112 kg

 Menghitung laju alir massa SiO2 dalam F8

Neraca massa Na2SO4 di sekitar “Tahap 2 : Pencucian cake”

F8’ .X8 SiO2’ + F6 .X6 SiO2 = F7” .X7 SiO2” + F8 .X8 SiO2

= 15

(8)

A-8 7.517,049 + 0 = 0 + F8 SiO2

F8 SiO2 = 7.517,049 kg

 Menghitung laju alir massa total F8

F8 = F8 Na2SO4 + F8 H2O + F8 SiO2

F8 = 16,286 + 2.511,112 + 7.517,049 = 10.044,447 kg

 Menghitung komposisi masing-masing komponen dalam F8

Dari laju alir massa total dan komponen, maka dapat dihitung komposisi masing- masing komponen dalam dari arus 8 sbb

X8 Na2SO4 = 0,000162

X8 H2O = 0,25

X8 SiO2 = 0,748

3. Menghitung laju alir massa komponen dalam F7”

 Menghitung laju alir massa Na2SO4 dalam F7”

Neraca massa Na2SO4 di sekitar “Tahap 2 : Pencucian cake”

F8’ .X8 Na2SO4’ + F6 .X6 Na2SO4 = F7” .X7 Na2SO4” + F8 .X8 Na2SO4

1.628,588 + 0 = F7 Na2SO4” + 16,286

F7 Na2SO4” = 1.612,302 kg

 Menghitung laju alir massa H2O dalam F7”

Neraca massa H2O di sekitar “Tahap 2 : Pencucian cake”

F8’ .X8 H2O’ + F6 .X6 H2O = F7” .X7 H2O” + F8 .X8 H2O

29.297,458 + 456.148,22 = F7 H2O” + 2.511,112

F7 H2O” = 489.934,56 kg

c. Menghitung Laju Alir Massa Dan Komposisi Dalam F7

 Menghitung laju alir massa Na2O.3,2SiO2 dalam F7

Neraca massa Na2O.3,2SiO2 disekitar percabangan F7

F7’ .X7 Na2O.3,2SiO2’ + F7” .X7 Na2O.3,2SiO2” = F7 .X7 Na2O.3,2SiO2

60,000 + 0 = F7 Na2O.3,2SiO2

F7 Na2O.3,2SiO2 = 60,000 kg

 Menghitung laju alir massa H2SO4 dalam F7

F7’ .X7 H2SO4’ + F7” .X7 H2SO4” = F7 .X7 H2SO4

408,811 + 0 = F7 H2SO4

F7 H2SO4 = 408,811 kg

(9)

A-9

 Menghitung laju alir massa Na2SO4 dalam F7

F7’ .X7 Na2SO4’ + F7” .X7 Na2SO4” = F7 .X7 Na2SO4

3.923,600 + 1.612,302 = F7 .X7 Na2SO4

F7 Na2SO4 = 5.535,902 kg

 Menghitung laju alir massa H2O dalam F7

F7’ .X7 H2O’ + F7” .X7 H2O” = F7 .X7 H2O

70.583,549 + 482.934,56 = F7 .X7 H2O F7 H2O = 559.522,826 kg

 Menghitung laju alir massa total F7

F7 = F7 Na2O.3,2SiO2 + F7 H2SO4 + F7 Na2SO4 + F7 H2O

F7 = 60 + 408,811 + 5.535,902 + 559.522,826 F7 = 559.522,826 kg

 Menghitung komposisi masing-masing komponen dalam F7

Dari laju alir massa total dan komponen, maka dapat dihitung komposisi masing- masing komponen dalam dari arus 7 sbb,

X7 Na2O.3,2SiO2 = 0,00011 X7 H2SO4 = 0,00073

X7 Na2SO4 = 000989 X7 H2O = 0,98927

Komposisi

Laju Alir Masuk

Arus 5 Arus 6

Kg Kmol Kg Kmol

Na2O.3,2SiO2 60 0,236 0 0

H2SO4 408,811 4,168 0 0

SiO2 7.517,049 125,076 0 0

Na2SO4 5.552,188 39,086 0 0

H2O 99.881,007 5.542,786 456.148,217 25.313,442

Jumlah 113.419,055 456.148,217

569.567,273 Komposisi

Laju Alir Keluar

Arus 7 Arus 8

Kg Kmol Kg Kmol

Na2O.3,2SiO2 60 0,236 0 0

H2SO4 408,811 4,168 0 0

SiO2 0 0 7.517,049 125,075

Na2SO4 5.535,902 38,972 16,280 0,012

H2O 553.518,112 30.716,876 2.511,110 139,351

Jumlah 559.358,680 10044,439

569.567,273

(10)

A-10 4. Neraca massa di Sekitar Rotary Drier (RD-01)

9

8 10

Flow rate arus (8)

SiO2 = 7.517,049 kg = 125,075 kmol

Na2SO4 = 16,286 kg = 0,115 kmol

H2O = 2.511,112 kg = 139,351 kmol

Flow rate arus (10)

SiO2 = 7.517,049 kg = 125,076 kmol

Na2SO4 = 16,286 kg = 0,115 kmol

H2O yang teruapkan pada rotary dryer sebesar 95% (Perry, table 20-13)

H2O = 125,556 kg = 6,968 kmol

H2O = 2.385,556 kg = 132,384 kmol

Neraca massa komponen H2O disekitar dryer:

H2O arus (8) = H2O arus (9) + H2Oarus (10) H2O arus (9) = H2O arus (8) – H2O arus (10)

= 2.511,112 kg - 125,556 kg = 2.385,556 kg = 132,384 kmol Komposisi

SiO2 7517,049 125,076 0 0 7517,049 125,076

Na2SO4 16,286 0,011 0 0 16,286 0,012

H2O 2511,112 139,351 2.385,556 132,384 125,556 6,968

Jumlah 10.044,447 2.385,556 7.658,891

10.044,447 10.044,447

5. Neraca Massa di Sekitar Membran

Arus 7

Na2O.3,2SiO2 = 60 kg/jam = 22,989 L/jam H2SO4 = 408,811 kg/jam = 222,180 L/jam

RD-01

NF-01 7

11 12

(11)

A-11 Na2SO4 = 5.535,902 kg/jam = 2.081,166 L/jam

H2O = 553.518,112 kg/jam = 553.518,112 L/jam Total arus 7 = 555.844,400 kg/jam

Asumsi : 10% air terikut rentetrate

Jenis membran yang digunakan ESNA 1-LF-LD

% Rejection = 86 – 95%, dipilih 86%

Konsentrasi umpan masuk NF = 5.535,902 555.844,4 = 0,0099594 kg/L = 9.959,445 mg/L

Jumlah umpan yang masuk sesuai dengan spesifikasi ESNA 1-LF-LD yaitu 5.000-10.000 mg/L.

(International Review of Chemical Engineering, vol. 3. N. 3, May 2011) Arus 11

Na2O.3,2SiO2 = 60 kg/jam H2SO4 = 408,811 kg/jam Na2SO4 = 775,026 kg/jam H2O = 498.166,301 kg/jam Arus 12

Produk samping yang keluar dari NF

Na2SO4 = 5535,902 x 86% = 4.760,876 kg/jam H2O = 10% x 553.518,112 = 55.351,811 kg/jam Komposisi

Na2O.3,2SiO2 60,000 0,236 60,000 0,236 0 0

H2SO4 408,811 4,168 408,811 4,168 0 0

Na2SO4 5.535,902 38,972 775,026 5,456 4.760,876 33,515

H2O 553.518,112 30.716,876 498.166,301 27.645,189 55.351,811 3.071,688

Jumlah 559.522,826 499.410,138 60.112,687

559.522,826 559522,826

(12)

A-12 Perhitungan Faktor Pengali:

Operasi Pabrik = 330 hari/tahun

Kapasitas Produksi = 50.000 ton/tahun SiO2

50.000 ton/th

ton 1

kg x 1000 jam 24

hari x 1 330

tahun 1

hari = 6313,131 kg/jam

Faktor pengali = ^6.313,131

7.658,891 =0,824 kg/jam Neraca Massa Setelah Dikalikan Faktor Pengali 1. Neraca Massa di Dissolver Asam Sulfat (D-01)

Komposisi

H2SO4 3.496,944 35,654 0 0 3.496,944 35,654

H2O 71,366 3,960 66.370,566 3.683,161 69.938,876 3.687,122

Jumlah 3.568,310 66.370,566 69.938,876

69938,876 69.938,876

2. Neraca Massa di Reaktor (R-01) Komposisi

Na2O.3,2SiO2 0 0 8.242,879 32,413 49,457 0,194

H2SO4 3.496,944 36,327 0 0 336,979 3,436

SiO2 0 0 0 0 6.196,213 103,098

Na2SO4 0 0 0 0 4.576,602 32,218

H2O 66.441,932 3.687,122 15.308,205 849,512 82.330,710 4.568,852

Jumlah 69.938,876 23.551,084 93.489,961

93.489,961 93.489,961

3. Neraca Massa di Rotary Vacuum Filter (RF-01) Komposisi

Laju Alir Masuk

Arus 5 Arus 6

Kg Kmol Kg Kmol

Na2O.3,2SiO2 49,457 0,194 0 0

H2SO4 336,979 3,436 0 0

SiO2 6.196,213 103,098 0 0

Na2SO4 4.576,602 32,218 0 0

H2O 82.330,710 4.568,852 375.997,477 20.865,565

Jumlah 93.489,960 375.997,477

469.487,437

(13)

A-13 Komposisi

Laju Lair Keluar

Arus 7 Arus 8

Kg Kmol Kg Kmol

Na2O.3,2SiO2 49,457 0,194 0 0

H2SO4 336,978 3,436 0 0

SiO2 0 0 6.196,213 103,098

Na2SO4 4.563,178 32,124 13,424 0,095 H2O 456.258,308 25.319,551 2.069,879 114,866

Jumlah 461.207,921 8.279,516

469.487,437 4. Neraca Massa di Rotary Dryer (DR-01)

Komposisi

Na2O.3,2SiO2 0 0 0 0 0 0

H2SO4 0 0 0 0 0 0

SiO2 6.196,213 103,098 0 0 6.196,213 103,098

Na2SO4 13,424 0,095 0 0 13,424 0,095

H2O 2.069,879 114,866 1.966,385 109,122 103,494 5,743

Jumlah 8.279,516 1.966,385 6.313,131

8.279,516 8.279,516

5. Neraca Massa di Nanomembran Filter (NF) Komposisi

Na2O.3,2SiO2 49,457 0,194 49,457 0,194 0 0

H2SO4 336,978 3,436 336,978 3,436 0 0

Na2SO4 4.563,178 32,124 638,845 4,497 3.924,333 27,626 H2O 456.258,308 25.319,551 410.632,477 22.787,596 45.625,831 2.531,955

Jumlah 461.207,921 411.657,757 49.550,164

461.207,921 461.207,921

Neraca Massa Overall

Laju alir masuk Laju alir keluar Arus 1 3.568,310 Arus 9 1.966,385 Arus 2 66.370,566 Arus 10 6.313,131 Arus 4 23.551,084 Arus 11 411.657,757 Arus 6 375.997,477 Arus 12 49.550,164 Total 461.207,921 461.207,921

(14)

B-1 LAMPIRAN B

PERHITUNGAN NERACA PANAS

Gambar B.1. Blok Diagram Neraca Panas

Keterangan Gambar

D-01 : Dissolver ΔH 5 : Panas slurry keluar HE-01 : Heat Exchanger ΔH 6 : Panas air pencuci masuk R-01 : Reaktor ΔH 7 : Panas filtrate keluar RF-01 : Rotary Vacuum Filter ΔH 8 : Panas cake keluar RD-01 : Rotary Driyer ΔH 9 : Panas udara keluar AH-01 : Air Heater ΔH 10 : Panas produk keluar NF : Nanofiltration ΔH 11 : Panas Na2SO4 keluar ΔH 1 : Panas H2SO4 masuk ΔH 12 : Panas filtrate keluar ΔH 2 : Panas air pelarut masuk ΔHWin : Panas air pendingin masuk ΔH 3 : Panas H2SO4 keluar ΔHWout: Panas air pendingin keluar ΔH 3’ : Panas H2SO4 keluar ΔHWin: Panas udara pengering masuk ΔH 4 : Panas Na2O3,2SiO2 masuk ΔHWout: Panas udara pengering keluar ΔH 4’ : Panas Na2O3,2SiO2 keluar Qsteam : Panas laten steam

ΔH Win

ΔH 7 D-

01

R-

HE-01 01 RF-01 RD-01 AH-01

ΔH 2

ΔH Wout

ΔH 3’

ΔH 4’

ΔH Wout

ΔH 3 ΔH 1 ΔH 4

ΔH Win

ΔH 5

ΔH 6 ΔH 8

ΔH 9 ΔH 10

ΔH Aout ΔH Ain

Qsteam

NF-01 ΔH 12

ΔH 11

(15)

B-2 1. Penentuan Kapasitas Panas (Cp)

Cp = A + Bt + Ct² + Dt³ + E/t² (kJ/kmol)

Komponen A B C D E

Na2O3,2SiO2 177,3183 4,15E-10 -5,33E-10 1,37E-10 -2,59E-10 Dengan t = T(K)/1000

(Nasional Institute of Standart and Technology) Cp = A + Bt + Ct² + Dt³ + Et⁴ (kJ/kmol)

Komponen A B C D E

SiO2 2 1,65E-01 -9,68E-05 0,00E+00 0

H2SO4 26,004 7,03E-01 -1,39E-03 1,03E-06 0 Na2SO4 233,515 -9,53E-03 -3,47E-05 1,58E-08 0

H2O (l) 9,21E+01 -4,00E-02 -2,11E-04 5,35E-07 0,00E+00

N2 29 -3,54E-03 1,01E-05 -4,31E-09 2,59E-13

O2 30 -8,90E-03 3,81E-05 -3,26E-08 8,86E-12 H2O 34 -8,42E-03 -5,33E-10 -1,78E-08 3,69E-12 Dengan t = T(K)

(Yaws, 1999) 2. Panas Penguapan

Dihitung dengan persamaan berikut (Yaws, 1992):

Hv = A (1 – T/Tc)ⁿ Dimana:

Tc : suhu kritis masing – masing komponen (K) Hv : panas penguapan pada titik didihnya (kJ/mol) Td : titik didih masing – masing komponen (K)

Komponen A Tc N

H2O 52,053 647,13 0,321

(16)

B-3 3. Neraca Panas di Sekitar Dissolver

Tujuan : 1. Menghitung suhu akhir Asam Sulfat keluar dari dissolver 2. Menghitung kebutuhan air pendingin

ΔH 1 + ΔH 2 + ΔH Win + ΔH pengenceran = ΔH 3 + ΔH Wout

a. Menghitung ΔH 1 dan ΔH 2 Fluida masuk pada T = 303 K

Komponen Kmol ΔH (kJ)

H₂SO₄ 35,654 698,432 24.901,905

H₂O 3,960 377,723 1.495,929

H₂O 3.683,161 377,723 1.391.213,988

Jumlah (ΔH1 + ΔH2) 1.417.611,822

Enthalpy pengenceran asam sulfat 98% menjadi asam sulfat 5% pada T = 298 sebesar 909.270 kJ/kmol.

ΔHpengenceran = n x λ

= 35,654 kmol x 909.270 kJ/Kmol

= 32.419.107,810 kJ ΔH input = ΔH output

ΔH input = ΔH 1 + ΔH 2 + ΔHpengenceran

ΔH input = 33.836.719,633 kJ ΔHout =

33.836.719,633 =

Dengan trial didapatkan suhu asam sulfat 5% keluar dissolver = 146,16^oC D-01

ΔH 1 T=298

K ΔH

Wout

T=318 K

ΔH 3?

T= …?

ΔH Win

T=303 K ΔH 2

T=303 K

∫ 𝐶𝑝𝑑𝑇

303

298

∫Cp_H

2SO₄ dT

x

298

+ ∫Cp_H

2O dT

x

298

∫Cp_H

2SO₄ dT

x

298

+ ∫Cp_H

2O dT

x

298

(17)

B-4 Diinginkan suhu asam sulfat keluar dissolver 91,32^oC (364,32K), sehingga perlu digunakan pendingin pada dissolver.

b. Menghitung ΔH 3

Fluida keluar pada T = 364,32 K

H₂SO₄ 35,654 26,607

948,652

H₂O 3.687,122 5.005,572

18.456.152,274 Jumlah

18.457.100,926 Panas yang diserap oleh air = 33.836.719,633 kJ – 18.457.100,926 kJ

= 15.379.618,707 kJ

Jadi, kalor sebanyak 15.379.618,707 kJ akan diserap oleh pendingin yaitu air dengan ΔT yang dikehendaki 15^oC. T pendingin masuk 303K dan T pendingin keluar 318K

Sehingga, massa pendingin yang dibutuhkan :

M = Q/(in Cp d(318 – 298) – (in Cp d(303 – 298))

= 15.379.618,707 kJ (1.508,100 - 377,723)kJ/kmol

= 13.605,740 kmol

= 245.175,442 kg

ARUS INPUT (kJ) OUTPUT (kJ)

ΔH 1 26.397,834

ΔH 2 1.391.213,988

ΔH pengenceran 32.419.107,810

ΔH Wpendingin 15.379.618,707

ΔH 3 18.457.100,926

Jumlah 33.836.719,633 33.836.719,633

∫ CpdT

364,32

298

(18)

B-5 4. Neraca Panas di Sekitar Heat Exchanger

Tujuan : Menghitung suhu akhir sodium silikat

ΔH 3 + ΔH 4 = ΔH 3’ + ΔH 4’

Menghitung ΔH4

Fluida dingin masuk pada suhu 303 K

Na₂O.3,2 SiO₂ 32,413 0,887 28,737

H₂O 849,512 377,723 320.880,019

Jumlah 320.908,756

Menghitung ΔH3

Fluida panas masuk pada suhu 364,32 K

H₂SO₄ 35,654 26,607 948,652

H₂O 3.687,122 5.005,572 18.456.152,274

Jumlah 18.457.100,926

Menghitung ΔH3’

Fluida panas keluar pada suhu 353 K

H₂SO₄ 35,654 23,615 841,955

H₂O 3.687,122 4.138,939 15.260.773,253

Jumlah 15.261.615,208

ΔQ = 18.457.100,926 – 15.261.615,208 kJ = 3.195.485,718 kJ

HE-01 ΔH 3’

T= 353 K ΔH 3

T= 364,32 K

ΔH 4 T= 303 K

ΔH 4 T ?

364,32

298

353

298

∫ CpdT

303

298

(19)

B-6 Jadi, sodium silikat menyerap panas sebesar 3.195.485,718 kJ yang diperoleh dari pemanas asam sulfat. Sehingga ΔH4’ adalah 3.516.394,475 kJ/jam.

Dengan trial didapatkan suhu sodium silikat keluar heat exchanger = 353 K ARUS INPUT(kJ) OUTPUT(kJ)

ΔH3 18.457.100,926

ΔH4 320.908,756

ΔH3' 15.261.615,208

ΔH4' 3.516.394,475

Jumlah 18.778.009,682 18.778.009,682

5. Neraca Panas di Sekitar Reaktor (R-01)

Tujuan : Menghitung kebutuhan air pendingin

ΔH Win + ΔH 3' + ΔH 4' + ΔH reaksi = ΔH Wout + ΔH 5 Menghitung ΔH3’

Fluida masuk pada T = 353 K

H₂SO₄ 35,654 23,615 841,955

H₂O 3.687,122 4.138,939 15.260.773,253

Jumlah 15.261.615,208

3.516.394,475 kJ =[m ∫Cp_Na

2O3,2SiO₂ dT

x

298

+ m ∫Cp_H

2O dT

x

298

]

R-01 ΔH4'

T = 353 K ΔH3' T = 353 K

ΔH5 T = 353 K ΔHWin

T = 303 K

ΔHWout

T = 318 K

∫ CpdT

353

298

(20)

B-7 Menghitung ΔH4’

Q reaktan (ΔH3’ + ΔH4’) = 15.261.615,208 kJ + 3.516.394,475 kJ

= 18.778.009,682 kJ

Menghitung ΔH5 (Diinginkan) Fluida keluar pada T = 353 K

Komponen Kmol

ΔH (kJ)

Na₂O.3,2 SiO₂ 0,194 9,753 1,897

H₂SO₄ 3,436 23,615 81,134

SiO₂ 103,098 2.498,5 257.591,322

Na₂SO₄ 32,218 12.500 402.728,077

H₂O 4.568,852 4.136,430 18.898.735,737

Jumlah (ΔH5) 19.559.138,167

Q reaksi = ΔHr = - (ΔHfproduk – ΔHfreaktan) ΔHf SiO2 -905.490 kJ/kmol ΔHf H2O -285.830 kJ/kmol ΔHf Na2O.3,2SiO2 -1.561.430 kJ/kmol ΔHf H2SO4 -813.989 kJ/kmol ΔHf Na2SO4 -1.356.380 kJ/kmol

ΔH reaksi = - {(32,413 x -1.356.380) + (32,413 x -285.830 ) + (32,413 x 3,2 x -905.490)} – {(32,413 x -813.989) + (32,413 x -1.561.430)}

ΔHreaksi = ΔHf standart = - (-70.152.767,666) kJ

= 70.152.767,666 kJ Selisih Qpendingin = ΔHreaksi + ΔHreaktan – ΔHproduk

= 70.152.767,666 kJ + 18.778.009,682 kJ - 19.559.138,167 kJ = 69.371.639,182 kJ

Jadi, reaksi melepas kalor sebanyak 69.371.639,182 kJ maka harus didinginkan dengan pendingin yaitu air dengan ΔT yang dikehendaki adalah 25^oC.

T pendingin masuk = 303 K, T pendingin keluar = 328 K Sehingga massa pendingin yang dibutuhkan :

Komponen Kmol

ΔH (kJ) Na₂O.3,2 SiO₂ 32,413 9,753 316,105 H₂O 849,512 4.138,939 3.516.078,370

Jumlah 3.516.394,475

353

298

∫ CpdT

353

298

(21)

B-8

M = Q

(in Cp d(328-298)-in Cp (303-298))

= 69.371.639,182 kJ (2.260,074 - 377,723) kJ/kmol

= 36.853,726 kmol

= 36.853,726 kmol x 18,02 = 664.104,140 kg/jam ARUS INPUT (kJ) OUTPUT(kJ)

ΔH3' 15.261.615,208

ΔH4' 3.516.394,475

ΔHWin 13.920.499,893

ΔHWout 83.292.139,075

ΔH5 19.559.138,167

Δhreaksi 70.152.767,666

Jumlah 102.851.277,242 102.851.277,242

6. Neraca Panas di Sekitar Rotary Vacuum Filter (RF-01)

Tujuan : Menghitung suhu a ΔH 7 dan ΔH 8 keluar rotary filter

Input = Output

ΔH5 + ΔH6 = ΔH7 + ΔH8 RF-01

ΔH 6 T= 303 K

ΔH 8 T= ???

ΔH 7 T= ???

ΔH 5 T= 353 K

(22)

B-9 Menghitung ΔH5

Komponen Kmol

ΔH (kJ)

Na₂O.3,2 SiO₂ 0,194 9,753 1,897

H₂SO₄ 3,436 23,615 81,134

SiO₂ 103,098 2.498,5 257.591,322

Na₂SO₄ 32,218 12.500 402.728,077

H₂O 4.568,852 4.136,430 18.898.735,737

Jumlah (ΔH5) 19.559.138,167

Menghitung ΔH6

Fluida masuk pada T = 303

H₂O 20.865,565 377,723 7.881.399,544

Jumlah 7.881.399,544

ΔH8 + ΔH7 = ΔH5 + ΔH6

ΔH8 + ΔH7 = 19.559.138,167 kJ + 7.881.399,544 kJ

= 27.440.537,711 kJ

Karena cake dan air pencuci langsung kontak maka suhu keluar keduanya diasumsikan sama (dalam kesetimbangan).

27.440.537,711 kJ =[(m x ∫Cp_SiO

2 dT

?

298

)+( m x ∫Cp_Na

2SO₄ dT)+(m x ∫Cp_H

2O dT)

?

298

?

298

]

+

Dari trial didapatkan suhu output ΔH8 dan ΔH7 adalah 312,21 K (39,21 ⁰C)

∫ CpdT

303

298

∫ CpdT

353

298

[(m x ∫Cp_Na

2O3,2SiO₂ dT

?

298

)+( m x ∫Cp_H

2SO₄ dT)+

?

298

( m x ∫Cp_Na

2SO₄ dT)+(m x ∫Cp_H

2O dT)

?

298

?

298

]

(23)

B-10 Menghitung ΔH7

Na₂O.3,2 SiO₂ 0,194 2,520 0,490

H₂SO₄ 3,436 13,009 44,695

Na₂SO₄ 32,124 3.237,636 104.004,997

H₂O 25.319,551 1.072,275 27.149.530,067

Jumlah (ΔH7) 27.253.580,249

Menghitung ΔH8

SiO₂ 103,098 615,760 63.483,883

Na₂SO₄ 0,095 3.237,636 305,969

H₂O 114,866 1.072,275 123.167,610

Jumlah (ΔH8) 186.957,462

ARUS INPUT (kJ) OUTPUT (kJ) ΔH5 19.559.138,167

ΔH6 7.881.399,544

ΔH7 27.253.580,249

ΔH8 186.957,462

Jumlah 27.440.537,711 27.440.537,711

7. Neraca Panas di Sekitar Rotary Dyer (RD-01)

Tujuan : 1. Menghitung kebutuhan udara pengering 2. Menghitung suhu masuk udara pengering

∫ CpdT

312,21

298

RD-01

ΔH10 T = 373 K ΔHAout

T = ??

ΔH8 T = 312,21 K

ΔH9 T = 373 K

312.21

298

(24)

B-11 Input = Output

ΔH8 + ΔHAout = ΔH9 + ΔH10 + Qloss Menghitung ΔH8

Cake masuk pada T = 312,21 K

SiO₂ 103,098 615,760 63.483,883

Na₂SO₄ 0,095 3.237,636 305,969

H₂O 114,866 1.072,275 123.167,610

Jumlah 186.957,462

Menghitung ΔH10 (Diinginkan) Cake keluar pada T = 373 K

SiO₂ 103,098 3.481,2 358.906,107

Na₂SO₄ 0,095 17.025 1.608,926

H₂O 5,743 5.646,500 32.429,446

Jumlah 392.944,480

Menghitung Massa Udara yang Dibutuhkan Jumlah air yang terserap di udara = 1.966,385 kg

Udara pengering keluar dryer diinginkan pada suhu 100 ⁰C dengan relative humidity maksimal 10%.

Dari diagram psikometrik didapat:

Humidity : 0,069 kg air/kg udara kering

Udara pengering masuk dryer yang digunakan memiiliki:

Humidity : 0,019 kg air/kg udara kering

Selisih humidity udara pengering x massa udara kering = jumlah air terserap Massa udara kering : Jumlah air yang terserap

selisih humidity : ^1.966,385

(0,069 - 0,019) : 39.163,218 kg

∫ CpdT

312,21

298

∫ CpdT

373

298

(25)

B-12 Menghitung ΔH9

Udara pengering keluar pada suhu 373 K

Jumlah Air Total pada udara keluar = Massa udara kering x humidity

= 39.163,218 x 0,069

= 2.702,262 kg

= 2.702,262 kg 18,02

= 149,959 kmol Menghitung Jumlah O2 dan N2 pada Udara Kering Berat udara kering : berat O2 + berat N2

Berat N2 : berat udara kering – berat O2

BM H2O : 18,02 BM O2 : 31,998 BM N2 : 28,014

Perbandingan mol N2 : O2 di udara 79 : 21

Mol N2 : Mol O2 79 : 21

Berat N₂

BM N₂

:

^{Berat O}²

BM O₂ 79 : 21

(39.163,218 - Berat O₂)

BM N₂

x

_{Berat O}^{BM O}²

2 : 79 : 21 Berat O2 dalam udara kering : 8.224,276 kg

N2 dalam udara kering : 39.163,218 – 8.224,276 : 30.938,942 kg

Kmol O2 : 257,025 kmol Kmol N2 : 1.104,410 kmol

H₂O 40,837 2.370,236 96.792,545

N₂ 1.104,410 2.015,396 2.225.823,074

O₂ 257,025 2.101,615 540.166,994

Jumlah 2.862.782,564

∫ CpdT

373

298

(26)

B-13 Menghitung Panas Sensible air yang akan teruapkan

Suhu air pada 373 K

H₂O 109,122 4.566,043 498.257,410

Jumlah 498.257,410

Menghitung Panas Laten Penguapan Air pada Cake

Komponen Kmol ΔH penguapan (kJ/kmol) Q laten

H₂O 109,122 39.509,501 4.311.370,462

Menghitung Beban Panas

Asumsi : Penggunaan panas pada RD-01 sebesar 75%, sehinggan ada Qloss 25%

ΔH Aout = Qloss + ΔH9 + ΔH10 + Qsensible + Qlaten – ΔH8

ΔH Aout = 0,25 ΔH Aout + ΔH9 + ΔH10 + Qsensible + Qlaten – ΔH8

0,75 ΔH Aout = 2.862.782,564 + 392.944,480 + 498.257,410 + 4.311.370,462 - 186.957,462

0,75 ΔH Aout = 7.878.397,454 ΔH Aout = 10.504.529,939

Dari trial didapatkan suhu udara masuk = 552,31 K

Arus Input Output

ΔH8 186.957,462

ΔHAout 10.504.529,939

ΔH9 2.862.782,564

ΔH10 392.944,480

Q loss 2.626.132,485

Q sensible 498.257,410

Q laten 4.311.370,462

Jumlah 10.691.487,401 10.691.487,401

∫ CpdT

373

312,21

10.504.529,939 kJ=[(m x ∫Cp_O

2 dT

?

298

) + ( m x ∫Cp_N

2 dT)+(m x ∫Cp_H

2O dT)

?

298

?

298

]

(27)

B-14 8. Neraca Panas di Sekitar Air Heater (AH-01)

Tujuan : Menghitung kebutuhan steam panas

Input = Output

ΔH Ain + Qsteam = ΔH Aout

Menghitung ΔH Ain, T = 303 K Komponen Kmol

ΔH (kJ)

H₂O 40.837 168,584 6.884,426

N₂ 1104.410 143,667 158.667,494

O₂ 257.025 146,924 37.763,043

Jumlah 203.314,963

Menghitung ΔH Aout

Komponen Kmol

ΔH (kJ)

H₂O 40.837 8770.702 358166.295

N₂ 1104.410 7378.340 8148712.970

O₂ 257.025 7772.213 1997650.674

Jumlah 10.504.529,938

Qsteam = ΔH Aout – ΔH Ain

= 10.504.529,938 kJ – 203.314,963 kJ

= 10.301.214,976 kJ

Sebagai pemanas digunakan saturated steam dengan suhu 285 ⁰C, dengan panas laten 27.231,824 kJ/kmol.

Jadi, kebutuhan steam, = 10.301.214,976 kJ 27.231,824 kJ kmol⁄

= 378,279 kmol

= 6.816,580 kg

AH-01 ΔH Aout

T = 552,31 K Q steam

ΔH Ain

T = 303 K

303

298

552,31

298

(28)

B-15 ARUS INPUT (kJ) OUTPUT (kJ)

ΔHAout 10.504.529,938

ΔHAin 203.314,963

Q steam 10.301.214,976

JUMLAH 10.504.529,938 10.504.529,938

9. Neraca Panas di sekitar Nanomembrane (NF-01) Tujuan : Menghitung ΔH out nanomembrane

Input = Output

ΔH 7 = ΔH 11 + ΔH 12 Menghitung ΔH 7

Na₂O.3,2 SiO₂ 0,194 2,520 0,490

H₂SO₄ 3,436 13,009 44,695

Na₂SO₄ 32,124 3.237,636 104.004,997

H₂O 25.319,551 1.072,275 27.149.530,067

Jumlah 27.253.580,249

Menghitung ΔH 11

Na₂O.3,2 SiO₂ 0,194 2,520 0,490

H₂SO₄ 3,436 13,009 44,695

Na₂SO₄ 4,497 3.237,636 14.560,700

H₂O 25.319,551 1.072,275 27.149.530,067

Jumlah 27.164.135,952

NF

ΔH 7

T = 312,21 K

ΔH 12 T = 312,21 K

ΔH 11 T = 312,21 K

312.21

298

312.21

298

(29)

B-16 Menghitung ΔH 12

Na₂SO₄ 27,626 3.237,636 89.444,297 H₂O 2.531,955 1.072,275 2.714.953,007

Jumlah (ΔH12) 2.804.397,304

ARUS INPUT (kJ) OUTPUT (kJ) ΔH7 27.253.580,249

ΔH11 24.449.182,945

ΔH12 2.804.397,304

JUMLAH 27.253.580,249 27.253.580,249

312.21

298

(30)

C-1 LAMPIRAN C

SPESIFIKASI ALAT

A. TANGKI PENYIMPANAN H₂SO4 (T-01)

Kode : T-01

Fungsi : Menyimpan H₂SO4 98% pada tekanan 1 atm dan suhu 30⁰C.

Tujuan : 1. Menentukan tipe tangki.

2. Menentukan bahan konstruksi tangki.

3. Menetukan kapasitas tangki.

4. Menetukan diameter dan tinggi tangki.

5. Menentukan jumlah plate dan tebal shell tiap plate.

6. Menentukan tinggi head tangki.

7. Menentukan tebal head tangki.

1. Menentukan tipe tangki

Kondisi operasi tangki penyimpanan H2SO4 98% adalah 1 atm dengan suhu 30⁰C, dengan demikian H2SO4 98% akan berada pada face cair. Pada kondisi operasi seperti ini, tangki yang digunakan berupa tangki silinder tegak dengan dasar datar (flat bottom) dan bagian atas berbentuk kerucut (conical roof). Tangki dengan tipe tersebut memiliki konstruksi yang sederhana sehingga lebih ekonomis.

(Coulson & Richardson, 2005 4^th vol 6, p.879) 2. Menentukan bahan konstruksi tangki

Dalam perancangan dipilih bahan konstruksi tangki Carbon stell SA 283 Grade C dengan pertimbangan :

T-01

(31)

C-2 a. Tahan terhadap korosi.

a. Me4miliki allowable working stress cukup besar.

b. Tahan terhadap panas.

c. Harga relatif murah.

d. Tersedia banyak di pasaran.

(Coulson & Richardson, 2005 4^th vol 6, p.295) 3. Menentukan kapasitas tangki

 Menentukan H2SO4 dalam 30 hari m = 3.496,944 kg

jam x24 jam

hari x 30 hari=2517799,540 kg ρ = 1840kg

m³ = 114,867lb ft³ v = m

v = 2.517.799,540

1840 = 1.368,369 𝑚³

= 48.323,495 ft³ = 8.606,786 bbl 4. Menentukan diameter dan tinggi tangki

Berdasarkan Appendix (Brownel and Young, item 3, 1977 : 346). Ukuran tangki standar yang digunakan mempunyai kapasitas maksimal 9060 bbl. Sementara kapasitas rancangan adalah 8942,829 bbl, sehingga tangki yang dibutuhkan 1 buah, dengan spesifikasi berikut :

Diameter (D) : 45 ft Tinggi (H) : 32 ft Jumlah course : 4 buah Butt-welded course : 96 in = 8 ft

5. Menghitung jumlah plate dan tebal shell tiap plate.

Direncanakan menggunakan shell plate dengan 96 in Butt-welded course.

ts =^PD

2fE + c (Eq. 3.16, Brownell and Young, p.45) Keterangan :

Ts : Tebal shell (in)

P: Internal pressure (lb/in²) D : Inside diameter (in)

(32)

C-3 E : Efisiensi pengelasan = 0,8

(Tabel 13.2, Brownell and Young, p.254 tipe double welded joint) c : Corrosion allowance = 55000 lb/in²

(Tabel 13.1, Brownell and Young, p.252, Stainless steel AISI 304) P = ^{ρ (}

g gc) (H-1)

144 (Eq. 3.17, Brownell and Young, p.45) Dimana :

ρ : Densitas (lb/ft³)

Sedangkan panjang shell course dihitung menggunakan persamaan : L = π D - welded leght

12 n (Brownell and Young, 1977, p.55)

Dimana :

D : inside diameter, in

Weld leght : n x allowable welded joint

n : jumlah plate

Direncanakan jumlah plate yang akan digunakan sebanyak 10 buah untuk setiap course dengan jarak antar plate 5/32 in untuk sambungan vertical dan lebar plate 8 ft.

Course 1 :

H1 = 32 ft

D = 45 ft

P = P operasi + ^{ρ (}

g gc) (H-1)

144

P operasi = 14,7 psi P = P operasi + ^{ρ (}

g gc) (H-1)

144

P = ^{𝜌 (}

𝑔 𝑔𝑐) (𝐻−1)

144 = 14,7 +114,867 𝑥 1 (32−1)

144 = 39,428 lb/in² ts =^PD

2fE + c = 39,428 x 45

2 x 5500 x 0,8+ 0 = 0,242 in

Dalam perancangan, digunakan tebal plate 0,25 in. (Appendix E, Brownell and Young, p.347)

L = π (D + ts) - welded leght

12 n =3,14 (45 + 0,242) - 5/32

12 x 10 = 14,383 ft Dalam perancangan digunakan panjang shell 15 ft.

Course 2

(33)

C-4 H = H1 – 8 = 32 – 8 = 24 ft

D = 45 ft

g gc) (H-1)

144

P operasi = 14,7 psi

P = 14,7 +114,867 𝑥 1 (24−1)

144 = 33,047 lb/in²

ts = ^PD

2fE + c = ( 33,047 x 45

2 x 55000 x 0,8)+ 0 = 0,203 in

Dalam perancangan, digunakan tebal plate 0,21 in. (Appendix E, Brownell and Young, p.347)

12 n =3,14 (45 + 0,203) - 5/32

Course 3

H = H2 – 8 = 24 – 8 = 16 ft

D = 45 ft

g gc) (H-1)

144

P operasi = 14,7 psi

P = 14,7 +114,867 𝑥 1 (16 − 1)

144 = 26,665 lb/in²

ts = PD

2fE + c = ( 26,665 x 45

2 x 55000 x 0,8)+ 0 = 0,164 in

Dalam perancangan digunakan tebal plate 3/16 in. (Appendix E, Brownell and Young, p.347).

12 n =3,14 (45 + 0,164) - 5/32

Course 4

H = H3 – 8 = 16 – 8 = 8 ft

D = 45 ft

P = P operasi + ρ (g

gc)(H-1) 144

P = 14,7 + 114,867 x 1 x (8 - 1)

144 = 20,284 lb/in²

(34)

C-5 ts = PD

2fE + c = ( 20,284 x 45

2 x 55000 x 0,8)+ 0 = 0,124 in

Dalam perancangan digunakan tebal plate 3/16 in. (Appendix E, Brownell and Young, p.347).

12 n = 3,14 (45 + 0,124) - 5/32

Course Panjang shell (ft) Lebar plate (ft) Tebal shell (in)

1 15 8 0,25

2 15 8 0,21

3 15 8 3/16

4 15 8 3/16

6. Menentukan Tinggi Head Tangki

Berdasarkan Fig.4.8. (Brownell & Young, 1977, p.63) : sin θ = ( D

2 x r) = D 2 x √ (D

2)

2

+ (H)²

sin θ = 45

2 x √ (45 ft 2 )

2

+ (32)²

= 0,575

θ = 32,955⁰

Dimana : H = tinggi tangki (ft) α = 90⁰ – θ

α = 90⁰ – 32,955⁰ α = 57,045⁰

(35)

C-6

tan α = D 2L L = D

2 x tan α = ( 45 ft

2 x 57,045⁰) = 14,587 ft Tinggi head = 15 ft

Maka, tinggi total dari tangki adalah 32 + 15 ft = 47 ft.

7. Menentukan Tebal Head Tangki

Persamaan untuk menghitung tebal head : th = ^{P . D}

2 cos α (f . E - 0,6 P)

(Eq. 6.154, Brownell and Young, 1977, p.118) P = P operasi = 14,7 psi

th = 14,7 lb/in² . 45 ft x 12 in/ft

2 cos 57,045⁰ ((55000 lb/in² x 0,8) - (0,6 x 14,7 lb/in²))=0,130 in Maka tebal head standar yang digunakan adalah 3/16 in.

(Tabel 5.6 Brownell and Young, 1977, p.88)

RINGKASAN TANGKI PENYIMPANAN H2SO4 (T-01)

Fungsi Menyimpan H2SO4 98% pada tekanan 1 atmosfer dan suhu 30⁰C Kondisi 1. Temperatur = 30⁰C

2. Tekanan = 1 atm 3. Wujud cair = cair

Tipe Silinder vertical dengan flat buttom dan head conical roof Bahan konstruksi Carbon Steal SA-283 Grade C

1. Jumlah = 1 buah 2. Diameter = 45 ft 3. Tinggi = 32 ft 4. Jumlah course = 4 buah Course 1 1. Panjang shell = 15 ft

(36)

C-7 2. Lebar plate = 8 ft

3. Tebal shell = 0,250 in Course 2 1. Panjang shell = 15 ft

2. Lebar plate = 8 ft 3. Tebal shell = 0,210 in Course 3 1. Panjang shell = 15 ft

2. Lebar plate = 8 ft 3. Tebal shell = 3/16 in Course 4 1. Panjang shell = 15 ft

2. Lebar plate = 8 ft 3. Tebal shell = 3/16 in Tinggi head 15 ft

Tebal head 3/16 in B. DISOLVER (D-01)

Kode : D-01

Fungsi : Tempat berlangsungnya pengenceran larutan H2SO4 98% menjadi larutan H2SO4 5%.

Tujuan :

1. Menentukan tipe dissolver 2. Menentukan dimensi dissolver 3. Menentukan beban pengaduk

D-01

(37)

C-8 Kondisi operasi dissolver :

Suhu : 30⁰C

Tekanan : 1 atm

Komponen aliran masuk disolver

Komponen Laju alir (kg/jam)

H2SO4 3.568,310

H2O 66.370,566

1. Menentukan tipe dissolver

Dissolver yang digunakan merupakan dissolver yang dilengkapi dengan pengaduk dengan bahan konstruksi dari Stailess steel SA-193 Grade B16.

Pemilihan ini berdasarkan pada pertimbangan :

 Tahan terhadap korosi

 Mempunyai allowable stress yang cukup tinggi, 2000 psia

2. Menghitung dimensi dissolver

ρ campuran = 3.568,310 + 66.370,566

(3.568,310/98,08) + (66.370,566/18,02) = 18,803 kg/m³ v campuran = 3.568,310 + 66.370,566

18,803 = 3.719,543 m³ = 3.719.542,9 liter 3. Menentukan volume dissolver

Untuk faktor keamanan, volume dissolver ditambah 20%, sehinga didapat, V = 1,2 x 3.719.542,9 = 4.463.451,478 liter = 157.625,295 ft² = 4463,351 m³ Volume total dissolver = volume shell + volume head

Bentuk dissolver yang dipilih adalah silinder tegak berpengaduk dengan perbandingan H = 2D

(Rase, tabel 8-3, p.343)

 Volume shell = π/4 x ID² x H

ID = 36,889 ft = 442,668 in = 11,243 m³ H = 2D = 2 x 36,889 ft

= 73,778 ft = 885,336 in = 22,487 m³ 4. Menghitung tebal dissolver

Tekanan operasi = 1 atm P hidrostatik = ρ x g x h

(38)

C-9 dengan : h = tinggi dissolver = 73,778 ft

ρ = densitas campuran = 18,803 kg/m³ = 1,174 lb/ft³ g = gravitasi (g/gc) = 1,008

P hidrostatik = 102,2 lb/ft² = 0,052 atm

P desain = P operasi + P hidrostatik = 1,052 atm = 15,46 psia Tebal tangki

t = f x E - 0,6 x P^{P x ri} + c (Brownell and Young, 1959, p.254) dimana :

P = tekanan desain = 15,46 psia

ri = jari-jari = ID/2 = 442,668/2 = 221,334 in

f = allowable stress dari bahan yang digunakan = 2000

(Brownell, tabel 13.1) E = joint effenciency (efisien pengelasan) = 0,85 (Brownell, p.254) C = faktor korosi = 0,125 (Rase, p.194) t = 15,46 x 221,334

20000 x 0,85 - 0,6 x 15,46 + 0,125 = 0,326 in dipilih tebal = 3/8 in

5. Menghitung tebal head

Reaktor terdiri atas dinding (shell), tutup atas da bottom. Head berbentuk torispherical karena tekanan tangki kurang dari 200 psia.

OD = ID + 2t

OD = 443,321 in = 38 ft

Untuk OD = 443,321 in dan t = 3/8 in, diperoleh icr = 13 ½ in, dan harga r = 102.

tebal head (th) = ^{P x w x r}

(2 x f x E) - 0,2 x P + C w = ¹

4 x [3 + (^r

icr)^0,5] w = 1,740

th = 0,206 in = 0,005 m

berdasarkan tebal head yang ada dipasaran, maka dipilih tebal head 5/16 in, sf (straight flange) = 1 ½ - 3

inside corner radius (ics) = 1 1/8 in.

Brownell and Young, 1959, p.138 Brownell and Young, 1959, p.138

(39)

C-10 6. Menghitung Tinggi Head

Gambar dimensi pada tutup reaktor Crown radius (Rc) = ID – 6 in

Rc = 436,668 in

Inside cornrr radius = 6% x Rc = 26,2 in

a = ½ D = ½ x 442,668 = 221,334 in AB = a – irc = 436,668 – 13 3/8 = 214,334 in BC = Rc – icr = 436,668 – 13 3/8 = 430,168 in AC = √(BC)²- (AB)² = √(423,293)²- (207,959)²

AC = 327,681 in

b = Rc – AC = 436,668 – 368,687 = 63,987 in tinggi head penutup dissolver, OA = th + b + sf

dari Brownell and Young, (tabel 1959, tabel 5.8), untuk th = 3/8 in, diperoleh harga sf = 1,5 – 3 in, dipilih sf = 4 1/2

OA = 68,693 in = 1,745 m.

7. Menghitung Volume Head

Bentuk head yang dipilih adalah Flange dan Dished head (Torispherical).

Volume Torispherical head, Vt = 0,000049 x ID² dimana : ID = inside diameter of vessel, in Vt = volume head (torispherical), ft² Vt = 0,000049 x ID²

Vt = 4.250,406 in² Vsf = ^π₄ x ID² x sf

Vsf = 692.210,89 in² = 446,587 m² Volume total head = Vt + Vsf

= 4.250,406 + 692.210,89 = 696.461,296 in²

OD

ID A

a B

b icr OA

Sf

C

(40)

C-11 = 449,329 m² = 4.836,537 ft²

8. Menghitung Tinggi Total Dissolver

 Tinggi cairan dalam dissolver VL = 1/4 (π x ID² x HL) HL = 13,710 m

 Tinggi cairan total dalam dissolver ZL = HL +OA+ th = 23,968 m

 Tinggi keseluruhan

HT = tinggi shell + (2 x tingg head) HT = 14,776 m

9. Menghitung Total Dissolver

VT = volume selongsong + (2 x volume total head) = 4.463,351 + (2 x 0,544) = 4.464,439 m³

 Perancangan pengaduk

Komponen Xi μ(cp)

H₂SO₄ 0,98 3,995

H₂O 0,09 0,252

Ln μ = x₁ ln μ₁ + x₂ + μ₂ = 0,98 ln 3,995 + 0,02 ln 0,252 μ = 1,330 cp

Dari Rase, Fig. 8.4, jenis pengaduk yang digunakan untuk viskositas 1,233 cp adalah marine propeller (3 blades) dengan 4 buffle.

Dari (Brown,1973, p.507), diperoleh persamaan : Dt/Di = 3

Zi/Di = 0,75 – 1,3 dipilih 1 (dari grafik) Z1/Di = 2,7 – 3,9 dipilih 3,3 (dari grafik) W/Di = 0,1

dimana : Dt = diameter tangki Di = diameter impeller

Zi = jarak pengaduk dengan dasar tangki Z1 = tinggi cairan

W = lebar buffle

(41)

C-12 Dari hasil perhitugan diperokeh :

Dt = 442,668 in = 11,243 m = 36,889 ft Z1 = 78,636 m = 29,774 ft

Sehingga,

Di = Dt/3 = 11,243/3 = 3,748 m = 12,296 ft

Lebar buffle (w) = Di x 0,1 = 0,472 x 0,1 = 0,375 m

Jarak blade dan dasar tangki = Zi; (Zi/Di yang diijinkan 0,75–1,3) Diambil harga 1, sehinga Zi = 1 x 2,019 = 3,748 m

Tinggi cairan = Z1 ; (Z1/Di yang diijinkan 2,7-3,9), sehingga diperoleh, Tinggi cairan minimal = 2,7 x 2,019 = 10,119 m = 33,199 ft Tinggi cairan maksimum = 3,9 x 2,019 = 14,616 m = 47,953 ft Kecepatan putar pengaduk :

WELH

2 x Di=(^{π x Di x N}

600 )² (Rase, p.345) diamana :

WELH = tinggi cairan x specific gravity cairan Di = diameter impeller, ft

N = kecepatan putar pengaduk, rpm WELH =tinggi dissolver x ρ campuran

ρ air = (92,955 x 1,174

62,428 ) = 1,748

maka : ^WELH_{2 x Di}=(^{π x Di x N}₆₀₀ )²

N = 23,234 rpm = 0,387 rps

 Menghitung tenaga pengaduk

NRe = (Brown, 1971, p.348)

Dengan : Di = diameter impeller = 12,296 ft = 2,019 m N = kecepatan pengaduk = 0,387 rps