Lampiran SIFAT FISIS BAHAN

(1)

LAMPIRAN

(2)

A-1

LAMPIRAN A SIFAT FISIS BAHAN

Data-data untuk menghitung sifat-sifat fisis gas dan cairan diperoleh dari

“Chemical Engineering Properties”, Yaws, 1999.

1. Critical Properties

Tabel A.1 Data Critical Properties Komponen BM

(g/mol) Tf (K) Tbp (K) Tc (K) Pc (bar)

O

2

32,01 54,36 90,17 154,58 50,49

C

2

H

4

28,05 104.01 169,47 282,36 50,32

CO

2

44,025 216,58 194,7 304,19 73,82

C

4

H

6

O

2

86,09 180,35 345,65 524 68,700 H

2

O 103,167 273,15 373,15 647,13 220,55 CH

3

COOH 60,05 289,81 391,05 592,71 57,86 C

2

H

7

NO 61,084 283,65 444,15 638 68,7

2. Kapasitas Panas Cairan Cp = A + BT + CT

²

+ DT

³

Cp = Kapasitas panas cairan (Joule/mol.K) T = Temperatur (K)

Tabel A.2 Data Konstanta Kapasitas Panas Cairan

Komponen A B C D

O

2

46,43 3,95×10

^-1

-7,05×10

^-3

3,99×10

^-5

C

2

H

4

25,59 5,71×10

^-1

-3,36×10

^-3

8,41×10

^-6

CO

2

-3981,02 5,25×10

¹

-2,27×10

^-1

3,29×10

^-4

C

4

H

6

O

2

63,91 7,07×10

^-1

-2,28×10

^-3

3,18×10

^-6

H

2

O 92,05 -4,00×10

^-2

-2,11×10

^-4

5,35×10

^-7

CH

3

COOH -18,94 1,09×10

¹

2,89×10

^-3

2,93×10

^-6

C

2

H

7

NO 23,11 1,23×10

¹

-3,12×10

^-3

3,07×10

^-6

(3)

Prarancangan Pabrik Vinil Asetat dari Etilen, Asam Asetat dan Oksigen Kapasitas 80.000 Ton/Tahun

A-2 3. Kapasitas Panas Gas

Cp = A + BT + CT

²

+ DT

³

+ ET

⁴

Cp = Kapasitas panas gas (Joule/mol.K) T = Temperatur (K)

Tabel A.3 Data Konstanta Kapasitas Panas Gas

Komponen A B C D E

O

2

29,526 -8,90×10

^-3

3,81×10

^-5

-3,26×10

^-8

8,86×10

^-12

C

2

H

4

32,083 -1,48×10

^–2

2,28×10

^–4

-2,38×10

^–7

6,83×10

^–11

CO

2

27,437 4,23×10

^–2

-1,96×10

^-5

4,00×10

^-9

-2,99×10

^-13

C

4

H

6

O

2

27,664 2,34×10

^–1

6,21×10

^–5

-1,70×10

^–7

5,79×10

^–11

H

2

O 33,933 -8,42×10

^-3

2,99×10

^-5

-1,78×10

^-8

5,79×10

^-11

CH

3

COOH 34,85 3,76×10

^-2

2,83×10

^-4

-3,08×10

^-7

9,26×10

^-11

C

2

H

7

NO -0,555 3,70×10

^-1

-3,20×10

^-4

1,58×10

^-7

-3,23×10

^-11

4. Entalpi Penguapan ΔH

vap

= 𝐴 (1 −

^𝑇

𝑇𝑐

)

^𝑛

H

vap

= Entalpi penguapan (kJ/mol) T = Temperatur (K)

Tabel A.4 Data Konstanta Entalpi Penguapan

Komponen A Tc n

O

2

8,04 154,58 0,201

C

2

H

4

19,986 282,36 0,431

CO

2

18,26 304,19 0,204

C

4

H

6

O

2

45,805 524 0,353

H

2

O 52,053 647,13 0,321

CH

3

COOH 11,575 592,71 -0,65

C

2

H

7

NO 74,024 638 0,304

(4)

A-3 5. Tekanan Uap Murni

log P = 𝐴 +

^𝐵

𝐶

+ 𝐶𝑙𝑜𝑔

₁₀

𝑇 + 𝐷𝑇 + 𝐸𝑇

²

P = Tekanan uap murni (mmHg)

T = Temperatur (K)

Tabel A.5 Data Konstanta Tekanan Uap Murni

Komponen A B C D E

O

2

20,669 -5,27×10

²

-6,71×10

⁰

1,29×10

^-2

-9,88×10

^-13

C

2

H

4

18,796 -1,00×10

³

-4,58×10

⁰

9,97×10

^-11

6,79×10

^-6

CO

2

35,018 -1,51×10

³

-1,13×10

¹

9,34×10

^-3

7,76×10

^-10

C

4

H

6

O

2

12,722 -2,18×10

³

-9,15×10

¹

-4,57×10

^-3

2,97×10

^-6

H

2

O 29,860 -3,15×10

³

-7,30×10

⁰

2,42×10

^-9

1,81×10

^-6

CH

3

COOH 28,375 -2,97×10

³

-7,03×10

⁰

-1,51×10

^-9

2,18×10

^-6

C

2

H

7

NO 72,912 -5,86×10

³

-2,19×10

¹

-7,15×10

⁰

5,98×10

^-6

6. Densitas Cairan ρ = 𝐴 ∙ 𝐵

⁻⁽¹⁻^𝑇𝑐^𝑇⁾

𝑛

ρ = Densitas cairan (gram/mL) T = Temperatur (K)

Tc = Temperatur kritis (K)

Tabel A.6 Data Konstanta Densitas Cairan

Komponen A B Tc n

O

2

0,43533 0,28772 154,58 0,2924

C

2

H

4

0,21428 0,28061 282,36 0,28571

CO

2

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

C

4

H

6

O

2

0,31843 0,25803 524 0,2827

H

2

O 0,3471 0,24801 647,13 0,28571

CH

3

COOH 0,36182 0,26954 592,71 0,26843

C

2

H

7

NO 0,27149 0,22411 638 0,2015

(5)

A-4 7. Viskositas Cairan

log µ = 𝐴 +

^𝐵

𝑇

+ 𝐶𝑇 + 𝐷𝑇

²

µ = Viskositas cairan (cP) T = Temperatur (K)

Tabel A.7 Data Konstanta Viskositas Cairan

Komponen A B C D

O

2

-5,0957 1,80×10

²

3,98×10

^-2

-1,47×10

^-4

C

2

H

4

-4.,5611 3,708×10

²

1,80×10

^-2

3,81×10

^-5

CO

2

-17,9251 1,46×10

³

7,31×10

^-2

-1,12×10

^-4

C

4

H

6

O

2

-9,0671 1,19×10

³

2,27×10

^-2

-2,32×10

^-5

H

2

O -10,2158 1,79×10

³

1,77×10

^-2

-1,26×10

^-5

CH

3

COOH -3,8937 7,85×10

²

6,67×10

^-3

-7,56×10

^-6

C

2

H

7

NO -13,1818 -2,86×10

³

2,08×10

^-2

--1,42×10

^3-5

8. Viskositas Gas µ = A + BT + CT

²

µ = Viskositas gas (µP) T = Temperatur (K)

Tabel A.8 Data Konstanta Viskositas Gas

Komponen A B C

O

2

44,224 0,562 -1,13×10

^-4

C

2

H

4

-3,985 0,387 -1,12×10

^-4

CO

2

11,336 0,499 -1,09×10

^-4

C

4

H

6

O

2

-7,462 0,304 -5,75×10

^-5

H

2

O -36,826 0,429 -1,62×10

^-5

CH

3

COOH -28,66 2351 2,21×10

^-4

C

2

H

7

NO -12,592 0,289 -3,95×10

^-5

(6)

A-5 9. Konduktivitas Panas Cairan K = A + BT + CT

²

+ DT

³

K = Konduktivitas panas cairan (W/m.K) T = Temperatur (K)

Tabel A.9 Data Konstanta Konduktivitas Panas Cairan

Komponen A B C D

O

2

46,432 3,95×10

^-1

-7,05×10

^-03

3,99×10

^-5

C

2

H

4

25,597 5,71×10

^-1

-3,36×10

^-3

8,41×10

^-6

CO

2

-3981,02 5,25×10

¹

-2,27×10-

¹

3,29×10

^-4

C

4

H

6

O

2

63,91 7,07×10

¹

-2,28×10

^-3

3,18×10

^-6

H

2

O 92,053 -4,00×10

^-2

-2,11×10

^-4

5,35×10

^-7

CH

3

COOH -18,944 1,10×10

^-0

-2,89×10

^-3

2,93×10

^-6

C

2

H

7

NO 23,111 1,23×10

^-0

3,12×10

^-3

3,07×10

^-6

10. Konduktivitas Panas Gas K = A + B.T + C.T

²

K = Konduktivitas panas gas (W/m.K) T = Temperatur (K)

Tabel A.10 Data Konstanta Konduktivitas Panas Gas

Komponen A B C D E

O

2

29,526 -8,90×10

^-3

3,81×10

^-5

-3,36×10

^-8

8,86×10

^-12

C

2

H

4

32,083 -1,48×10

^-2

2,48×10

^-4

-2,38×10

^-7

6,83×10

^-11

CO

2

27,437 4,23×10

^-2

-1,96×10

^-5

4,00×10

^-9

-2,99×10

^-13

C

4

H

6

O

2

27,664 2,34×10

^-1

6,21×10

^-5

-1,70×10

^-7

5,79×10

^-11

H

2

O 33,933 -8,42×10

^-3

2,99×10

^-5

-1,78×10

^-8

3,69×10

^-12

CH

3

COOH 34.,85 3,76×10

^-2

2,83×10

^-4

-3,08×10

^-7

926×10

^-11

C

2

H

7

NO -0.555 3,70×10

^-1

-3,20×10

^-34

1,58×10

^-7

-3,23×10

^-11

(7)

B-1

LAMPIRAN B NERACA MASSA

Gambar B. 1 Diagram Alir Proses

1. Spesifikasi Bahan Baku a. Etilen (C

2

H

4

)

Komposisi (%berat) : Etilen (C

2

H

4

) = 100%

b. Oksigen (O

2

)

Komposisi (%berat) : Oksigen (O

2

) = 100%

c. Asam asetat (CH

3

COOH)

Komposisi (%berat) : Asam asetat (CH

3

COOH) = 99,85%

Air (H

2

O) = 0,15%

(8)

B-2 2. Spesifikasi Produk

a. Ethylenediamine (C

2

H

8

N

2

)

Komposisi (%berat): C

2

H

8

N

2

= 99,2%

Impuritas = 0,8%

b. Vinil asetat (C

4

H

6

O

2

)

Komposisi (%berat): C

4

H

6

O

2

= 93%

Impuritas = 0,7%

3. Kapasitas Produksi

Kapasitas produksi tiap tahun = 80.000 ton

Basis = 1 jam operasi

Jumlah hari kerja dalam satu tahun = 330 hari Jumlah jam kerja dalam satu hari = 24 jam Kapasitas produksi tiap jam = 80.000

^ton

tahun

× 1.000

^kg

ton

×

^{1 tahun}

330 hari

×

^{1 hari}

24 jam

= 10.101,01 kg

4. Berat Molekul

O

2

= 32,01 kg/kmol

C

2

H

4

= 28,05 kg/kmol CO

2

= 44,02 kg/kmol C

4

H

6

O

2

= 86,09 kg/kmol H

2

O = 18,01 kg/kmol CH

3

COOH = 60,05 kg/kmol C

2

H

7

NO = 61,08 kg/kmol

5. Perhitungan Neraca Massa

a. Perhitungan Kebutuhan Bahan Baku

Arus 1 (Kebutuhan bahan baku asam asetat CH

3

COOH) Laju alir massa arus 1 = 7.056,30 kg/jam

Laju alir massa komponen arus 1:

(9)

B-3 CH

3

COOH = 7.045,71 kg/jam

H

2

O = 10,58 kg/jam Laju alir mol arus 1:

CH

3

COOH =

7045,71 kg/jam

60,05 kg/kmol

= 117,33 kmol/jam

H

2

O =

10,58 kg/jam

18,02 kg/kmol

= 0,58 kmol/jam Arus 2 (Kebutuhan bahan baku etilen C

2

H

4

)

Laju alir massa arus 2 = 3.791,20 kg/jam Laju alir massa komponen arus 2:

C

2

H

4

= 3.791,20 kg/jam Laju alir mol arus 2:

C

2

H

4

=

3791,20 kg/jam

28,05 kg/kmol

= 135,15 kmol/jam

Arus 3 (Kebutuhan bahan baku oksigen O

2

) Laju alir massa arus 3 = 3.353,75 kg/jam Laju alir massa komponen arus 3:

O

2

= 3.353,75 kg/jam Laju alir mol arus 3:

O

2

=

3353,75 kg/jam

32,01 kg/kmol

= 104,77 kmol/jam

b. Perhitungan Neraca Massa Reaktor (R-01)

Gambar B. 2 Skema Neraca Massa Reaktor (R-01)

R-01

Arus 4 O2

C2H4

CO2

C4H6O2

H2O CH3COOH P = 10 atm T = 150℃

Arus 5 O2

C2H4

CO2

C4H6O2

Arus 14 H2O CH3COOH P = 10 atm T = 209℃

(10)

B-4 Persamaan neraca massa reaktor:

Input Arus 14 + Arus 4

=

Output Arus 5

Arus 14 (Arus masuk reaktor)

Laju alir massa arus 14 = 27.301,18 kg/jam Laju alir massa komponen arus 14:

H

2

O = 945,83 kg/jam CH

3

COOH = 26.365,04 kg/jam Laju alir mol arus 14:

H

2

O =

945.83 kg/jam

18,02 kg/kmol

= 52,50 kmol/jam CH

3

COOH =

26.356,04 kg/jam

60,05 kg/kmol

= 438,90 kmol/jam Arus 4 (Arus masuk reaktor)

Laju alir massa arus 4 = 98.891,10 kg/jam Laju alir massa komponen arus 4:

O

2

= 5.058,88 kg/jam

C

2

H

4

= 36.942,00 kg/jam CO

2

= 29.357,82 kg/jam C

4

H

6

O

2

= 37,74 kg/jam H

2

O = 3,20 kg/jam CH

3

COOH = 6,01 kg/jam Laju alir mol arus 4:

O

2

=

5.058,88 kg/jam

32,01 kg/kmol

= 158,04 kmol/jam C

2

H

4

=

36.942,00 kg/jam

28,05 kg/kmol

= 1.317,00 kmol/jam CO

2

=

29.357,82 kg/jam

44,03 kg/kmol

= 666,84 kmol/jam C

4

H

6

O

2

=

37,74 kg/jam

86,09 kg/kmol

= 0,43 kmol/jam H

2

O =

3.20 kg/jam

18,02 kg/kmol

= 0,17 kmol/jam

(11)

B-5 CH

3

COOH =

6,01 kg/jam

60,05 kg/kmol

= 0,10 kmol/jam Konversi = 10% terhadap C

2

H

4

Perbandingan mol umpan masuk reaktor C

2

H

4

: CH

3

COOH = 3 : 1 Reaksi pembuatan vinil asetat dari etilen, asam asetat dan oksigen:

Reaksi 1:

C

2

H

4

+ CH

3

COOH + ½ O + C

4

H

6

O

2

+ H2O Mula-mula 1317,00 439,00 158,04 0,43 52,68 Reaksi 117,21 117,21 58,60 117,21 117,21 Sisa 1199,79 321,78 99,43 117,65 169,89 Reaksi 2:

C

2

H

4

+ 3O 2CO

2

+ 2H

2

Mula-mula 1199,79 99,43 666,84 169,89

Reaksi 14,48 43,46 28,97 28,97

Sisa 1185,30 55,97 695,81 198,86

Arus 5 (Arus keluar reaktor) Dalam satuan kmol/jam

O

2

= O

2

mula-mula – O

2

bereaksi

= 55,97 kmol/jam

C

2

H

4

= C

2

H

4

mula-mula - C

2

H

4

bereaksi

= 1185,30 kmol/jam

CO

2

= CO

2

mula-mula + CO

2

bereaksi

= 695,81 kmol/jam

C

4

H

6

O

2

= C

4

H

6

O

2

mula-mula + C

4

H

6

O

2

bereaksi

= 117,65 kmol/jam

H

2

O = H

2

O mula-mula + H

2

O bereaksi

= 198,86 kmol/jam

CH

3

COOH = CH

3

COOH mula-mula - CH

3

COOH bereaksi

= 321,78 kmol/jam Dalam satuan kg/jam

O

2

= mol O

2

× berat molekul O

2

(12)

B-6

= 55,97 kmol/jam × 32,01 kg/kmol

= 1.791,68 kg/jam

C

2

H

4

= mol C

2

H

4

× berat molekul C

2

H

4

= 1185,30 kmol/jam × 28,05 kg/kmol

= 33.247,80 kg/jam

CO

2

= mol CO

2

× berat molekul CO

2

= 695,81 kmol/jam × 44,02 kg/kmol

= 33.633,40 kg/jam

C

4

H

6

O

2

= mol C

4

H

6

O

2

× berat molekul C

4

H

6

O

2

= 117,65 kmol/jam × 86,09 kg/kmol

= 10.128,65 kg/jam

H

2

O = mol H

2

O × berat molekul H

2

O

= 198,86 kmol/jam × 18,01 kg/kmol

= 3.582,60 kg/jam

CH

3

COOH = mol CH

3

COOH × berat molekul CH

3

COOH

= 321,78 kmol/jam × 60,05 kg/kmol

= 19.323,38 kg/jam

Tabel B. 1 Neraca Massa Reaktor (R-01)

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

Arus 4 Arus 14 Arus 5

O

2

5.058,88 0,00 1.791,68

C

2

H

4

36.942,00 0,00 33.247,80

CO

2

29.357,82 0,00 30.633,40

C

4

H

6

O

2

37,74 0,00 10.128,65

H

2

O 3,20 945,83 3.582,60

CH

3

COOH 6,01 26.356,04 19.323,38

Sub Total 71.589,23 27.301,87 98.891,10

Total 98.891,10 98.891,10

(13)

B-7

c. Perhitungan Neraca Massa Separator (SP-01)

Gambar B. 3 Skema Neraca Massa Separator (SP-01)

Separator bertujuan untuk memisahkan gas (etilen, oksigen dan karbondioksida) untuk direcycle. Dalam perhitungan separator ini, terdapat non- condensable gas (etilen, oksigen, karbondioksida) dan condensable gas (asam asetat, VAM, air). Semua non-condensable gas (asam asetat,VAM, air). Semua non- condensable gas diharapkan naik ke atas. Hasil atas separator berkesetimbangan dengan hasil bawah.

Tabel B. 2 Neraca Massa Separator (SP-01)

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

Arus 5 Arus 6 Arus 7

O

2

1.791,68 1791,68 0,00

C

2

H

4

3.3247,80 33.247,80 0,00

CO

2

30.633,40 30.633,40 0,00

C

4

H

6

O

2

10.128,65 4.439,66 5.688,99

H

2

O 3.582,60 636,83 2.945,77

CH

3

COOH 19.323,38 1.936,01 17.387,37

Total 72.685,40 6.965,60 65.719,85

72.685,40 72.685,40

Arus 5 O2

C2H4

CO2

C4H6O2

Arus 9 O2

C2H4

CO2

C4H6O2

Arus 12 C4H6O2

SP-01

(14)

B-8

d. Perhitungan Neraca Massa Kondensor Parsial (CP-01) dan Separator (SP-02)

Gambar B. 4 Skema Neraca Massa Kondensor Parsial (CP-01) dan Separator (SP-02)

Produk atas dari separator kemudian diembunkan pada kondenser parsial (CP- 01) untuk memisahkan vinil asetat yang masih terikut dalam fase gas. Selama proses kondensasi terdapat beberapa komponen yang tidak ikut terkondensasi, komponen tidak terkondensasi sebagian akan dialirkan ulang menuju ke absorber (AB-01) untuk direcycle.

Tabel B. 3 Neraca Massa Kondensor Parsial (CP-01) dan Separator (SP-02) Komponen Input (kg/jam) Output (kg/jam)

Arus 6 Arus 8 Arus 10

O

2

1.791,68 0,00 1.791,68

C

2

H

4

33.247,80 0,00 33.247,80

CO

2

30.633,40 0,00 30.633,40

C

4

H

6

O

2

4.439,66 4.401,91 37,74

H

2

O 636,83 633,63 3,20

CH

3

COOH 1.936,01 1.930,05 6,01

Total 72.685,40 6965,60 65.719,85

72.685,40 72.685,40

CP-01

Arus 6 O2

C2H4

CO2

C4H6O2

Arus 10 O2

C2H4

CO2

C4H6O2

Arus 12 C4H6O2

SP-02

(15)

B-9 e. Perhitungan Neraca Massa Tee 2

Gambar B. 4 Skema Neraca Massa Tee 2

Persamaan neraca massa tee 2:

Input = Output Arus 7 + Arus 8 = Arus 9

Tabel B. 4 Neraca Massa Tee 2

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

Arus 7 Arus 8 Arus 9

O

2

0,00 0,00 0,00

C

2

H

4

0,00 0,00 0,00

CO

2

0,00 0,00 0,00

C

4

H

6

O

2

5.688,99 4.401,91 10.090,90

H

2

O 2.945,77 633,62 3.579,40

CH

3

COOH 17.387,37 1.930,05 19.317,7

Total 26.022,14 6.965,60 32.987,68

32.987,7 32.987,7

Arus 7 C4H6O2

Arus 8 C4H6O2

Arus 9 C4H6O2

H2O CH3COOH P = 1.5 atm T = 113℃

(16)

B-10

f. Perhitungan Neraca Massa Absorber (AB-01)

Gambar B. 5 Skema Neraca Massa Absorber (AB-01)

Absorber (AB-01) untuk mengambil sebagian jumlah gas karbodioksida dengan bantuan monoethanolamine (MEA) agar tidak terjadi akumulasi di reaktor dan kemudian gas di recycle kembali.

Tabel B. 5 Neraca Massa Absorber (AB-01)

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

Arus 10 Arus 17 Arus 15 Arus 19

O

2

1.791,68 0,00 0,00 1.791,68

C

2

H

4

33.247,80 0,00 0,00 33.247,80

CO

2

30.633,40 0,00 29.357,82 1275,587

C

4

H

6

O

2

37,74 0,00 0,00 37,74

H

2

O 3,20 15.973,93 15.973,93 370,245

CH

3

COOH 6,01 0,00 0,00 6,019

MEA 0,00 90.518,927 90.518,927 0,00

Total 65.719,05 106.492,855 135.483,633 36.729,09

172.212,72 172.212,72

AB-01

Arus 17 H2O MEA P = 8 atm T = 80℃

Arus 15 H2O CO2

MEA P = 8 atm T = 80℃

Arus 10 O2

C2H4

CO2

C4H6O2

Arus 19 O2

C2H4

CO2

C4H6O2

(17)

B-11

g. Perhitungan Neraca Massa Menara Distilasi MD (MD-01)

Gambar B. 6 Skema Neraca Massa Menara Distilasi (MD-01)

Proses pemurnian produk dilakukan menggunakan menara distilasi (MD-01).

Pada menara distilasi dilakukan pemisahan antara vinil asetat, air, dan asam asetat.

Hasil atas berupa vinil asetat, air, dan sedikit asam asetat, sedangkan produk bawah merupakan asam asetat dengan sedikit campuran air. Asam asetat yang diperoleh sebagai produk bawah, direcycle kembali dan dicampurkan dengan asam asetat fresh.

Produk atas kolom destilasi didinginkan dengan condensor (E-201). Produk atas keluaran menara distilasi (MD-01) merupakan vinil asetat 9 3%wt yang kemudian akan dialirkan ke tangki penyimpanan produk (T-04).

Tabel B. 6 Neraca Massa Menara Distilasi (MD-01) Komponen Input (kg/jam) Output (kg/jam)

Arus 9 Arus 11 Arus 12

O

2

0,00 0,00 0,00

C

2

H

4

0,00 0,00 0,00

CO

2

0,00 0,00 0,00

C

4

H

6

O

2

10.090,09 10.090,90 0,00

H

2

O 3.579,40 2.644,15 935,24

CH

3

COOH 19.317,68 0,00 19.324,41

MD

Arus 9 C4H6O2

H2O CH3COOH P = 1,5 atm T = 113℃

Arus 11 C4H6O2

H2O P = 1,2 atm T = 97℃

Arus 12 H2O CH3COOH P = 1,59 atm T = 130℃

(18)

B-12

Tabel B. 6 Neraca Massa Menara Distilasi (MD-01)(lanjutan).

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

Arus 9 Arus 11 Arus 12

Total 32.987,68 12.735,06 20.252,61

32.987,68 32.987,68

h. Perhitungan Neraca Massa Stripper Regenerator MEA (ST-01)

Gambar B. 7 Skema Neraca Massa Stripper Regenerator MEA (ST-01) Tabel B. 7 Neraca Massa Stripper Regenerator MEA (ST-01) Komponen Input (kg/jam) Output (kg/jam)

Arus 15 Arus 16 Arus 18

O

2

0,00 0,00 0,00

C

2

H

4

0,00 0,00 0,00

CO

2

29.357,82 0,00 29.357,82

C

4

H

6

O

2

0,00 0,00 0,00

H

2

O 15.606,89 6.987,51 8.619,38

CH

3

COOH 0,00 0,00 0,00

MEA 90.518,927 90.518,927 0,00

Total 135.483,63 97.506,43 37.977,20

135.483,63 135.483,63

ST-01

Arus 18 CO2

H2O P = 1,1 atm T = 70℃

Arus 18 H2O MEA P = 1,4 atm T = 126℃

Arus 15 CO2

H2O MEA P = 8 atm T = 80℃

(19)

B-13

i. Perhitungan Neraca Massa Vaporizer (VP-01)

Gambar B. 10 Skema Neraca Massa Vaporizer (VP-01)

Vaporizer dalam proses ini menguapkan 80% sisa umpan arus 1 dan 13 berupa asam asetat, sedangkan 20% umpan yang tidak teruapkan akan dialirkan kembali.

Tabel B. 9 Neraca Massa Vaporizer (VP-01)

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

Arus 1 Arus 13 Arus 14

O

2

0,00 0,00 0,00

C

2

H

4

0,00 0,00 0,00

CO

2

0,00 0,00 0,00

C

4

H

6

O

2

0,00 0,00 0,00

H

2

O 10,58 935,24 945,83

CH

3

COOH 7.045,71 19.310,32 26.356,04

Total 7.056,71 20.245,57 27.301,87

VP-01

(20)

C-1

LAMPIRAN C NERACA PANAS

Dalam penyusunan neraca panas prarancangan pabrik vinil asetat dari etilen, asam asetat dan oksigen kapasitas 80.000 ton/tahun ini, ada beberapa hal yang menjadi pertimbangan, yaitu:

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

3. Satuan massa yang digunakan adalah kmol dan kg 4. Satuan kapasitas panas yang digunakan adalah kJ/kmol 5. Satuan perubahan entalpi adalah kJ

Data yang dibutuhkan dalam perhitungan neraca panas:

• Perhitungan kapasitas panas cairan:

Cp = A + BT + CT

²

+ DT

³

∫Cp dT = Cp

_A

(T − T

₀

) +

^Cp^B

2

(T

²

− T

₀²

) +

^Cp^C

3

(T

³

− T

₀³

) +

^Cp^D

4

(T

⁴

− T

₀⁴

)

∆H = m ∫Cp dT

• Perhitungan kapasitas panas gas:

Cp = A + BT + CT

²

+ DT

³

+ ET

⁴

∫Cp dT = Cp

_A

(T − T

₀

) +

^Cp^B

2

(T

²

− T

₀²

) +

^Cp^C

3

(T

³

− T

₀³

) +

^Cp^D

4

(T

⁴

− T

₀⁴

)

= +

^Cp^E

5

(T

⁵

− T

₀⁵

)

∆H = m ∫Cp dT

• Perhitungan Panas Laten H

vap

= A (1 −

^T

TC

)

ⁿ

∆H = m H

vap

(21)

C-2 1. Neraca Panas Tee (Tee-101)

Gambar C. 1 Skema Neraca Panas Tee (Tee-101)

Panas Masuk Tee (Tee-101)

• Q

2

T masuk = 20℃ = 302,15 K

Tabel C. 1 Panas Masuk Tee (Arus 2) Komponen Laju alir

(kmol/jam)

∫Cp dT

(kJ/kmol) Q

2

(kJ/jam)

C

2

H

4

131,70 184,83 242,79

Total 24.342,80

• Q

3

T masuk = 98℃ = 370,15 K

Tabel C. 2 Panas Masuk Tee (Arus 3) Komponen Laju alir

(kmol/jam)

∫Cp dT

(kJ/kmol) Q

3

(kJ/jam)

O

2

102,07 2.162,97 220.770,13

Total 220.770,14

• Q

19

T masuk = 98℃ = 370,15 K Q

3

Q

2

Q

4

(22)

C-3

Tabel C. 3 Panas Masuk Tee (Arus 19) Komponen Laju alir

(kmol/jam)

∫Cp dT

(kJ/kmol) Q

19

(kJ/jam)

O

2

69,99 1630,26 114105,46

C

2

H

4

1485,80 2534,88 3766335,09

CO

2

836,12 2159,80 1805858,17

C

4

H

6

O

2

0,33 5779,44 114105,46

H

2

O 66,04 1858,55 122730,37

CH

3

COOH 550,30 3714,30 2043969,33

Total 7.854.906,65

Panas Keluar

• Q

4

T keluar = 112 ℃ = 385,15 K

Tabel C. 4 Panas Keluar Tee (Arus 4) Komponen Laju alir

(kmol/jam)

∫Cp dT

(kJ/kmol) Q

4

(kJ/jam)

O

2

158,04 2066,79 325536,28

C

2

H

4

1317,01 3249,64 4279789,18

CO

2

666,84 2748,81 1833027,60

C

4

H

6

O

2

0,44 2066,79 3257,27

H

2

O 52,09 2355,31 122694,39

CH

3

COOH 321,67 4770,76 1534614,88

Total 8.100.019,59

Tabel C. 5 Neraca Panas Tee

Q Input (kJ/jam) Output (kJ/jam)

Q

3

240.852,41 0,00

Q

2

220.770,14 0,00

Q

19

7.854.906,65 0,00

Q

4

0,00 8100019,59

Total 8.100.019,59 8.100.019,59

(23)

C-4 2. Neraca Panas Reaktor (R-101)

Gambar C. 2 Skema Neraca Panas Reaktor (R-101)

Panas Masuk

• Q

in

T masuk = 163℃ = 436,15 K

Tabel C. 6 Panas Masuk Reaktor Komponen Laju alir

(kmol/jam) ∫Cp dT (kJ/kmol) Q

in

(kJ/jam)

O

2

158,04 -4.133,50 -653.261,52

C

2

H

4

1.317,00 -6.841,63 -9.010.468,52

CO

2

666,84 -5.589,68 -3.727.444,14

C

4

H

6

O

2

0,43 -15.780,76 -6.918,86

H

2

O 52,68 -4.702,96 -247.752,81

CH

3

COOH 439,00 -10.117,41 -4.441.563,09

Total -18.087.408,93

• Panas reaksi

Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut:

R-

101 Q

in

Q

out

Q

reaksi

Q

pendingin

(24)

C-5

C

2

H

4

+ CH

3

COOH + ½ O

2

→ C

4

H

6

O

2

+ H

2

O C

2

H

4

+ 3O

2

→ 2CO

2

+ 2H

2

O

ΔH

R1o

= ΣΔH

fo

produk

– ΣΔH

fo reaktan

= -175960 kJ/mol

Q

reaksi1

= ΔH

^o

R x n C

4

H

6

O

2

yang berekasi

= -175.960 kJ/kmol x 117,21 kmol

= -20.624.884,96 kJ ΔH

R2o

= ΣΔH

fo

produk

– ΣΔH

fo reaktan

= -1.323.900 kJ/mol

Q

reaksi2

= ΔH

^o

R x n C

4

H

6

O

2

yang berekasi

= -1.323.900 kJ/kmol x 14,48 kmol

= -19.179.418,79 kJ Q

reaksi

= -39.804.303,74 kJ

Panas Keluar

• Q

out

T keluar = 182℃ = 455,15 K

Tabel C. 7 Panas Keluar Reaktor Komponen Laju alir

(kmol/jam)

∫Cp dT

(kJ/kmol) Q

out

(kJ/jam)

O

2

55,97 4.714,61 263.889,96

C

2

H

4

1.185,30 7.911,98 9.378.113,35

CO

2

695,81 6.401,97 4.454.611,78

C

4

H

6

O

2

117,65 18.227,14 2.150.341,59

H

2

O 198,86 5.352,04 1.066.339,01

CH

3

COOH 321,78 11.718,49 3.770.874,34

Total 21.084.170,05

Maka

Q

pendingin=

Q

out

+ Q

reaksi

- Q

in

= 36.807.542,62kJ/jam

(25)

C-6

Tabel C. 8 Neraca Panas Reaktor

Q Input (kJ/jam) Output (kJ/jam)

Q

in

18.087.408,93 0,00

Q

reaksi

39.804.303,74 0,00

Q

out

0,00 21.084.170,05

Q

pendingin

0,00 36.807.542,62

Total 57.891.712,68 57.891.712,68

3. Neraca Panas Separator (SP-101)

Gambar C.3 Skema Neraca Panas Separator (SP-101)

Panas Masuk

• Q

5 input

T in = 127

^o

C = 400,15 K Kondisi umpan = Saturated liquid

Tabel C. 9 Panas Masuk Separator (SP-101) Komponen Laju alir

(kmol/jam)

∫Cp dT Cair

(kJ/kmol) Q

5 input

(kJ/jam) Q

5

SP-101

Q

6

Q

7

(26)

C-7

O

2

55,97 3.185,60 178.307,25

C

2

H

4

1185,30 4.900,79 5.808.939,73

CO

2

695,81 4.077,91 2.837.489,95

C

4

H

6

O

2

117,65 17.184,75 2.021.819,80

H

2

O 198,86 7.694,72 1.530.233,01

CH

3

COOH 321,78 13.902,63 4.473.706,15

Total 16.850.495,92

Panas Keluar

• Q

6 output

T = 127

^o

C = 400,15 K

Tabel C. 10 Panas Keluar Separator (SP-101) Komponen Laju alir

(kmol/jam)

∫Cp dT

(kJ/kmol) Q

6 output

(kJ/jam)

O

2

55,97 3040,92 170.209,11

C

2

H

4

1185,30 4900,79 5.808.939,73

CO

2

695,81 4077,91 2.837.489,95

C

4

H

6

O

2

51,57 11259,86 580.671,25

H

2

O 35,35 3462,65 122.405,01

CH

3

COOH 32,24 7222,22 232.844,47

Total 9.752.559,55

• Q7

output

T = 127

^o

C = 400,15 K

Tabel C. 11 Panas Keluar Separator (SP-101) Komponen Laju alir

(kmol/jam)

∫Cp dT (kJ/kmol)

Q

7 output

(kJ/jam)

C

4

H

6

O

2

66,08 17184,75 1.135.601,83

H

2

O 163,51 7694,72 1.258.224,52

CH

3

COOH 289,54 13902,63 4.025.485,15

Total 6.419.311,52

Tabel C. 12 Neraca Panas Separator (SP-101)

Komponen

Input (kJ/jam) Output (kJ/jam)

Q5 Q7 Q6 Expansion

(27)

C-8

O

2 178307,25 0,00 170209,11 0,00

C

2

H

4 5808939.73 0,00 5808939,73 0,00

CO

2 2837489,95 0,00 2837489,95 0,00

C

4

H

6

O

2 2021819,80 1135601,83 580671,25 0,00

H

2

O

1530233,02 1258224,52 122405,01 0,00

CH

3

COOH

4473706,15 4025485,15 232844,47 0,00 Total 16.850.495,92 6.419.311,52 9.752.559,55 678.624,84

16.850.495,92 16.850.495,92

4. Neraca Panas Kondensor Parsial (CP-101) dan Separator (SP-102)

Gambar C. 4 Skema Neraca Panas Kondensor Parsial dan Separator (S-101) Panas Masuk

• Menghitung Panas Sensible Desuperheating T masuk = 127℃ = 400,15 K

T keluar = 80℃ = 353,15 K

Tabel C. 13 Panas Masuk Kondensor Parsial dan Separator Komponen Laju alir

(kmol/jam) H

v

(kJ/kmol) Q

v

(kJ/jam)

O

2

55,97 1.302,61 889.978,01

C

2

H

4

1.185,30 948,25 92.945,73

CO

2

695,82 6.579,81 424.797,79

CP- 101

Q

6

SP-102

Q

10

Q

8

(28)

C-9

C

4

H

6

O

2

51,57 3.709,69 150.485,93

H

2

O 35,35 6.722,69 101.964,80

CH

3

COOH 32,24 118.082,36

Total 4.879.336,07

Interval I

Tabel C. 14 Suhu Interval I Kondensor Parsial

Suhu ℃ K

T1 127,00 400,15

T2 80,00 353,15

Menghitung Panas Kondensasi

Tabel C. 15 Qc Kondensor Parsial

Komponen L (kmol/jam) Hevap (kJ/kmol) Qc (kJ/jam)

O

2

0,00 0,00 0,00

C

2

H

4

0,00 0,00 0,00

CO

2

0,00 0,00 0,00

C

4

H

6

O

2

51,13 30.839,12 1.576.853,75

H

2

O 35,35 40.406,15 1.421.173,25

CH

3

COOH 32,24 20.856,87 670.335,68

Total 3.668.362,68

Menghitung Panas Gas yang Terkondensasi

Tabel C. 16 QL Kondensor Parsial

Komponen L (kmol/jam) HL (kJ/kmol) QL (kJ/jam)

O

2

0,00 0,00 0,00

C

2

H

4

0,00 0,00 0,00

CO

2

0,00 0,00 0,00

C

4

H

6

O

2

51,13 368,56 18.844,83

H

2

O 35,17 164,52 5.786,55

CH

3

COOH 32,14 298,96 9608,40

Total 34.239,78

Menghitung Panas Gas yang Belum Terkondensasi Tabel C. 17 Qv Kondensor Parsial

Komponen V (kmol/jam) Hv (kJ/kmol) Qv (kJ/jam)

(29)

C-10

O

2

55,97 65,28 3.654,07

C

2

H

4

1.185,30 105,60 125.171,97

CO

2

695,82 87,73 61.044,10

C

4

H

6

O

2

51,57 243,20 12.541,65

H

2

O 35,35 74,32 2.627,28

CH

3

COOH 32,24 155,81 5.023,36

Total 210.062,43

Heat load pengembunan = panas gas terkondensasi + panas gas yang tidak terkondensasi + panas laten gas yang terkondensasi

Heat load interval 1 = Qc + QL + Qv

= 3.424.060,47 kJ/kmol

Panas Keluar

Total beban panas kondensor parsial = Qdesuperheating + Qcondensing

= 8.303.396,54 kJ/jam

Tabel C. 18 Neraca panas kondensor parsial Q Input (kJ/jam) Output (kJ/jam)

Q Desuperheating 4.879.336,07 0,00

Q Condensing 3.424.060,47 0,00

Q Beban Kondensor 0,00 8.303.396,54

Total 8.303.396,54 8.303.396,54

5. Neraca Panas Menara Distilasi (MD-101)

MD-101 F (Q

9 MD-101 input)

h

^F

D (Q

11 MD-101 output)

B (Q

12 MD-101 output)

Q

R

Q

c

h

^D

h

^B

(30)

C-11

Gambar C. 5 Skema Neraca Panas Menara Distilasi 1 Neraca panas di sekitar menara distilasi

Input + generasi – output – reaksi = acc (steady state = 0)

Input = Output

F.hf + QR = D. hD + B.hB + QC

Neraca panas di sekitar kondensor

Input + generasi – output – reaksi = acc (steady state = 0) Input = Output

V.hV = Lo.ho + D.hD + QC

Panas Masuk

• Q

9 MD-101 input

T in = 113,53

^o

C = 386,68 K Kondisi umpan = Saturated liquid

Tabel C. 19 Panas Masuk Menara Distilasi 1 Komponen Laju alir

(kmol/jam)

∫Cp dT Cair

(kJ/kmol) Q

9 input

(kJ/jam)

C

4

H

6

O

2

117,21 14732,79 1.726.881,75

H

2

O 198,69 6668,09 1.324.883,65

CH

3

COOH 321,68 11972,73 3.851.487,06

Total 6.903.252,47

Panas Keluar

• Q

11 output

Panas yang dibawa hasil atas (hD)

Tbubble = 90,54

^o

C = 363,69 K

(31)

C-12

Tabel C. 20 Panas Keluar Kondensor Menara Distilasi Komponen Laju alir

(kmol/jam)

∫Cp dT (kJ/kmol)

Q

11 output

(kJ/jam)

C

4

H

6

O

2

117,21 10.696,77 1.253.806,76

H

2

O 146,77 4.929,66 723.551,72

CH

3

COOH 0,11 8749,50 1025,2

Total 1.978.384,30

Menghitung panas yang dikandung refluks (Lo) keluar kondensor (ho) Lo = R x D

= 2,48 D

Tbubble = 90,54

^o

C = 390,83 K

Tabel C. 21 Panas Refluks Keluar Kondensor Menara Distilasi Komponen Laju alir

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

C

4

H

6

O

2

290,79 10.696,77 3.110.606,76

H

2

O 364,13 4.929,66 1.795.081,14

CH

3

COOH 0,29 8.749,50 2.544,98

Total 4.908.232,90

Menghitung panas laten penguapan yang dibawa uap masuk kondensor

V = Lo + D

Tdew =96,12

^o

C = 36,28 K

Tabel C. 22 Panas Uap Masuk Kondensor Komponen V

1

(mol/jam) H

v

(kJ/mol) Q

(kJ/jam)

C

4

H

6

O

2

408011,93 29,77 15.253.397,70

H

2

O 510913,97 39,68 21.503.409,15

CH

3

COOH 408,12 21,82 10.899,81

Total 36.767.706,66

Maka,

Panas uap masuk kondesor = 3.157.828,12 kJ/jam

Beban Kondensor (Q

C

)

(32)

C-13

Q

C

= Panas uap masuk kondesor – Panas refluks – Panas distilat Q

C

= (36.767.706-4.908.232,90-1.978.384,30) kJ/jam

Q

C

= 29.881.089,44 kJ/jam

• Q

12 output

Panas yang dikandung keluaran reboiler (B.hB) Tbubble = 129,28

^o

C = 402,43 K

Tabel C. 23 Panas Keluar Reboiler Menara Distilasi Komponen Laju alir

(kmol/jam)

∫Cp dT (kJ/kmol)

Q

12 output

(kJ/jam)

H

2

O 51,91 17.607,40 408.545,18

CH

3

COOH 321,57 7.869,51 4576923,22

Total 4.985.468,41

Maka,

Beban Reboiler (Q

R

)

Q

R

= Panas distilat + Panas bottom + Beban Kondensor - Panas umpan =(1.978.384,30 + 4.985.468,41 +29.881089,44 – 6.903.252,47) kJ/jam = 29.941.689,69 kJ/jam

Tabel C. 24 Neraca Panas Menara Distilasi

Q Input (kJ/jam) Output (kJ/jam)

Q

9 MD-101 input

6.903.252 0,00

Q

11 MD-101 output

0,00 1.978.384

Q

12 MD-101 output

0,00 4.908.232

Q

beban reboiler

29.941.690 0,00

Q

beban kondesor