LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA

Transkripsi

1 LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA Basis perhitungan Satuan operasi Waktu operasi per tahun Kapasitas produksi = 1 jam operasi = kg/jam = 50 hari =.000 ton/tahun.000ton 1tahun 1hari 1000kg Kapasitas per jam = tahun 50hari 4 jam 1ton = 8,095 kg/jam Kemurnian produk = 99,790% Tabel LA.1 Berat Molekul Senyawa-Senyawa Kimia No. Senyawa Rumus molekul BM (kg.kmol -1 ) 1. Benzil Sianida C 6 H 5 CH CN 117,15. Asam Sulfat H SO 4 98,08. Air H O 18,0 4. Asam Fenil Asetat C 6 H 5 CH COOH 16,15 5. Ammonium Bisulfat (NH 4 )HSO 4 115,11 F W N X = Laju alir massa (kg/jam) = Fraksi massa = Laju alir mol (kmol/jam) = Fraksi mol

2 Mix Point Benzil Sianida (C 6 H 5 CH CN) Neraca massa total : F 1 + F 14 + F 19 = F 4 F total F 4 benzil F 19 F 14 = F benzil + F air = 87,548 kg = 0,99 x 87,548 kg = 84,6495 kg = 49,96 kg = 6,019 kg F 1 = F 4 F 19 F 14 F 1 F 1 = 84,6495 kg 49,96 kg 6,019 kg = 8,7051 kg Air Proses Neraca massa total : F + F 14 + F 19 = F 5 Di dalam reaktor rasio massa C 6 H 5 CH CN : H O = 1 : 1,64 F 5 F 14 F 19 = 1,64 x 87,548 kg = 47,40 kg = 401,4589 kg = 4,5791 kg F = F 5 F 14 F 19 F F = 47,40 kg 401,4589 kg 4,5791 kg = 46,65 kg

3 Asam Sulfat (H SO 4 ) 98% 5 Neraca massa total : F + F 14 = F 5 Di dalam reaktor rasio massa C 6 H 5 CH CN : H SO 4 = 1 :,08 F 5 F total =,08 x 87,548 kg = 64,8547 kg = F as.sulfat + F air = 64,8547 kg F 5 sulfat = 0,98 x 64,8547 F 5 sulfat F 14 sulfat = 6,1576 kg = 47,8595 kg F = F 5 F 14 F F 14 = 6,1576 kg 47,8595 kg = 194,981 kg A.1 Mixer (M-01) Tempat untuk mencampurkan asam sulfat 98% dan air. Air Asam Sulfat 98% M-01 5 Asam Sulfat Air Analisa derajat kebebasan adalah : Banyaknya : - variabel alur 5 - persamaan neraca TTSL (5 komponen) - alur yang terspesifikasi - hubungan pembantu 0-5 Derajat kebebasan 0

4 Alur Umpan masuk (F ) = 1,64 x F 1 - Air (H O) F HO N HO N HO = 47,40 kg = 47,40 kg : 18,0 kg/kmol = 6,155 kmol Alur Umpan masuk (F ) =,08 x F 1 - Asam Sulfat (H SO 4 ) 98% F HSO4 = 64,8547 kg x 98% F HSO4 N HSO4 N HSO4 = 6,1576 kg = 6,1576 kg : 98,08 kg/kmol = 6,44 kmol - Air (H O) % F HO F HO F HO N HO N HO = F F HSO4 = 64,8547 kg 6,1576 kg = 1,6971 kg = 1,6971 kg : 18,0 kg/kmol = 0,7046 kmol Alur 5 - Asam Sulfat (H SO 4 ) F 5 HSO4 F 5 HSO4 N 5 HSO4 N 5 HSO4 = F HSO4 = 6,1576 kg = 6,1576 kg : 98,08 kg/kmol = 6,44 kmol - Air (H O) F 5 HO F 5 HO = F + F HO = 47,40 kg + 1,6971 kg

5 F 5 HO N 5 HO N 5 HO = 485,100 kg = 485,100 kg : 18,0 kg/kmol = 6,901 kmol Tabel LA. Neraca Massa Mixer (M-01) Komponen Asam Sulfat Air Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Alur Alur Alur 5-47,40 6,1576 1,6971 6, ,100 Sub Total 47,40 64, ,579 Total 1.107, ,579 A. Reaktor (R-01) Tempat untuk mereaksikan benzil sianida 99%, asam sulfat 98% dan air dengan perbandingan massa asam benzil sianida : asam sulfat : air = 1 :,08 : 1,64 untuk menghasilkan asam fenil asetat pada suhu 90 o C selama jam dan konversi reaksi sebesar 80% terhadap benzil sianida (Kamm dan Matthews, 19), dengan persamaan reaksi : C 6H5CH CN H O H SO4 C6H5CH COOH NH 4HSO4 5 Asam Sulfat 19,0701% Benzil Sianida 4 R-01 6 Benzil Sianida Asam Sulfat Air Asam Fenil Asetat Ammonium Bisulfat

6 Analisa derajat kebebasan adalah : Banyaknya : - variabel alur 9 - persamaan neraca TTSL (5 komponen) 5 - alur yang terspesifikasi - hubungan pembantu -9 Derajat kebebasan 0 Maka Neraca Massa pada Reaktor (R-01) Alur 4 Umpan masuk (F 4 ) = 87,548 kg - Benzil Sianida (C 6 H 5 CH CN) F 4 C6H5CHCN F 4 C6H5CHCN N 4 C6H5CHCN N 4 C6H5CHCN = 99% x 87,548 kg = 84,6495 kg = 84,6495 kg : 117,15 kg/kmol =,498 kmol - Air (H O) F 4 HO F 4 HO F 4 HO N 4 HO N 4 HO = F 4 F 4 C6H5CHCN = 87,548 kg 84,6495 kg =,875 kg =,875 kg : 18,0 kg/kmol = 0,1596 kmol Alur 5 - Asam Sulfat (H SO 4 ) F 5 HSO4 N 5 HSO4 N 5 HSO4 = 6,1576 kg = 6,1576 kg : 98,08 kg/kmol = 6,44 kmol - Air (H O) F 5 HO = 485,100 kg

7 N 5 HO N 5 HO = 485,100 kg : 18,0 kg/kmol = 6,901 kmol Alur 6 r X. N in C6H 5CHCN C6H 5CHCN 0,8 x,498 1,948kmol 1 Neraca masing-masing komponen : - Benzil Sianida (C 6 H 5 CH CN) N 6 C6H5CHCN N 6 C6H5CHCN N 6 C6H5CHCN F 6 C6H5CHCN F 6 C6H5CHCN = N 4 C6H5CHCN r =,498 kmol 1,948 kmol = 0,486 kmol = 0,486 kmol x 117,15 kg/kmol = 56,999 kg - Air (H O) N 6 HO = (N 4 HO + N 5 HO) r N 6 HO = (0, ,901) x 1,948 N 6 HO F 6 HO F 6 HO =,190 kmol =,190 kmol x 18,0 kg/kmol = 417,9199 kg - Asam Sulfat (H SO 4 ) N 6 HSO4 N 6 HSO4 N 6 HSO4 F 6 HSO4 F 6 HSO4 = N 5 HSO4 r = 6,44 kmol 1,948 kmol = 4,995 kmol = 4,995 kmol x 98,08 kg/kmol = 41,5068 kg - Asam Fenil Asetat (C 6 H 5 CH COOH) N 6 C6H5CHCOOH N 6 C6H5CHCOOH N 6 C6H5CHCOOH = N in C6H5CHCOOH + r = 0 + 1,948 kmol = 1,948 kmol

8 F 6 C6H5CHCOOH F 6 C6H5CHCOOH = 1,948 kmol x 16,15 kg/mol = 64,654 kg - Ammonium Bisulfat (NH 4 HSO 4 ) N 6 NH4HSO4 N 6 NH4HSO4 N 6 NH4HSO4 F 6 NH4HSO4 F 6 NH4HSO4 = N in NH4HSO4 + r = 0 + 1,948 kmol = 1,948 kmol = 1,948 kmol x 115,11 kg/mol =,754 kg Tabel LA. Neraca Massa Reaktor (R-01) Komponen Benzil Sianida Asam Sulfat Air Asam Fenil Asetat Ammonium Bisulfat Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Alur 4 Alur 5 Alur 6 84, ,999-6, ,5068, , , , ,754 Sub Total 87, , ,76 Total 1.94, ,76 A. Washing (W-01) Tempat untuk melarutkan pengotor-pengotor dan reaktan yang tidak habis bereaksi dengan menambahkan air panas bersuhu 80 o C dengan perbandingan air : bahan campuran = 1 : 1,6978 (Kamm dan Matthews, 19). Air 8 7 Benzil Sianida Asam Sulfat Air Asam Fenil Asetat Ammonium Bisulfat W-01 9 Benzil Sianida Asam Sulfat Air Asam Fenil Asetat Ammonium Bisulfat Banyaknya : Analisa derajat kebebasan adalah :

9 - variabel alur 11 - persamaan neraca TTSL (5 komponen) 5 - alur yang terspesifikasi 5 - hubungan pembantu 1-11 Derajat kebebasan 0 Maka Neraca Massa pada Washing (W-01) Alur 7 - Benzil Sianida (C 6 H 5 CH CN) F 7 C6H5CHCN N 7 C6H5CHCN N 7 C6H5CHCN = 56,999 kg = 56,999 kg : 117,15 kg/kmol = 0,486 kmol - Air (H O) F 7 HO N 7 HO N 7 HO = 417,9199 kg = 417,9199 kg : 18,0 kg/kmol =,190 kmol - Asam Sulfat (H SO 4 ) F 7 HSO4 N 7 HSO4 N 7 HSO4 = 41,5068 kg = 41,5068 kg : 98,08 kg/kmol = 4,995 kmol - Asam Fenil Asetat (C 6 H 5 CH COOH) F 7 C6H5CHCOOH N 7 C6H5CHCOOH N 7 C6H5CHCOOH = 64,654 kg = 64,654 kg : 16,15 kg/mol = 1,948 kmol - Ammonium Bisulfat (NH 4 HSO 4 ) F 7 NH4HSO4 =,754 kg

10 N 7 NH4HSO4 N 7 NH4HSO4 =,754 kg : 115,11 kg/mol = 1,948 kmol F 7 F 7 = F 7 C6H5CHCN + F 7 HO + F 7 HSO4 + F 7 C6H5CHCOOH + F 7 NH4HSO4 = 1.94,76 kg Alur 8 Perbandingan air dengan hasil keluaran reaktor pada alur 7 adalah 1 : 1,6978 Air pencuci dibutuhkan (F 8 ) = 1 1 F , 76kg 1,6978 1,6978 F 8 N 8 HO N 8 HO = 81,511 kg = 81,511 kg : 18,0 kg/kmol = 45,5889 kmol Alur 9 - Benzil Sianida (C 6 H 5 CH CN) F 9 C6H5CHCN F 9 C6H5CHCN N 9 C6H5CHCN N 9 C6H5CHCN = F 7 C6H5CHCN = 56,999 kg = 56,999 kg : 117,15 kg/kmol = 0,486 kmol - Asam Sulfat (H SO 4 ) F 9 HSO4 F 9 HSO4 N 9 HSO4 N 9 HSO4 = F 7 HSO4 = 41,5068 kg = 4,995 kmol : 98,08 kg/kmol = 4,995 kmol - Air (H O) F 9 HO F 9 HO F 9 HO N 9 HO = F 7 HO + F 8 HO = 417,9199 kg + 81,511 kg = 1.9,41 kg = 1.9,41 kg : 18,0 kg/kmol

11 N 9 HO = 68,7809 kmol - Asam Fenil Asetat (C 6 H 5 CH COOH) F 9 C6H5CHCOOH F 9 C6H5CHCOOH N 9 C6H5CHCOOH N 9 C6H5CHCOOH = F 7 C6H5CHCOOH = 64,654 kg = 64,654 kg : 16,15 kg/mol = 1,948 kmol - Ammonium Bisulfat (NH 4 HSO 4 ) F 9 NH4HSO4 F 9 NH4HSO4 N 9 NH4HSO4 N 9 NH4HSO4 = F 7 NH4HSO4 =,754 kg =,754 kg : 115,11 kg/mol = 1,948 kmol Tabel LA.4 Neraca Massa Washing (W-01) Komponen Benzil Sianida Asam Sulfat Air Asam Fenil Asetat Ammonium Bisulfat Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Alur 7 Alur 8 Alur 9 56,999 41, , ,654, , ,999 41, ,41 64,654,754 Sub Total 1.94,76 81,511.16,754 Total.16,754.16,754 A.4 Filter Press (F-01) Selanjutnya, untuk memisahkan endapan garam ammonium bisulfat yang terbentuk dilakukan melalui proses penyaringan dengan menggunakn filter. Filter yang digunkan adalah Horizontal Belt Filter. Kelembaban cake (endapan) akhir yang diperoleh dari hasil penyaringan adalah 7% (Walas, dkk., 1988). Diasumsikan konsentrasi semua cake tersaring. Selanjutnya endapan ammonium bisulfat yang terbentuk kemudian disimpan di dalam gudang penyimpanan G-01 setelah didinginkan pada temperatur 0 o C pada alur 1. Sementara itu campuran yang keluar dari filter akan diteruskan ke dalam dekanter untuk proses pemisahan lebih lanjut.

12 Banyaknya : Alur 9 Benzil Sianida Asam Sulfat Air Asam Fenil Asetat Ammonium Bisulfat 9 10 F-01 Benzil Sianida Asam Sulfat Air Asam Fenil Asetat 11 Analisa derajat kebebasan adalah : Benzil Sianida Asam Sulfat Air Asam Fenil Asetat Ammonium Bisulfat - variabel alur 14 - persamaan neraca TTSL (5 komponen) 5 - alur yang terspesifikasi 6 - hubungan pembantu Derajat kebebasan 0 - Benzil Sianida (C 6 H 5 CH CN) F 9 C6H5CHCN N 9 C6H5CHCN N 9 C6H5CHCN = 56,999 kg = 56,999 kg : 117,15 kg/kmol = 0,486 kmol Asam Sulfat (H SO 4 ) F 9 HSO4 N 9 HSO4 N 9 HSO4 = 41,5068 kg = 41,5068 kg : 98,08 kg/kmol = 4,995 kmol - Air (H O) F 9 HO N 9 HO N 9 HO = 1.9,41 kg = 1.9,41 kg : 18,0 kg/kmol = 68,7809 kmol

13 - Asam Fenil Asetat (C 6 H 5 CH COOH) F 9 C6H5CHCOOH N 9 C6H5CHCOOH N 9 C6H5CHCOOH = 64,654 kg = 64,654 kg : 16,15 kg/mol = 1,948 kmol - Ammonium Bisulfat (NH 4 HSO 4 ) F 9 NH4HSO4 N 9 NH4HSO4 N 9 NH4HSO4 =,754 kg =,754 kg : 115,11 kg/mol = 1,948 kmol Karena kelembaban akhir endapan (cake) adalah 7% dari total berat keseluruhan cake, maka diasumsikan bahwasanya ada cairan yang terdiri dari benzil sianida, asam sulfat, asam fenil asetat, dan air yang tertinggal pada cake dengan konsentrasi yang sama dengan alur 9. Banyaknya cairan yang tertinggal dapat dihitung dengan : 0,07 = berat cairan berat cairan berat endapan 0,07 = x x,754 15,668 = 0,9 x berat cairan Berat cairan = 16,8417 kg/jam Untuk menghitung komposisi masing-masing cairan yang tertinggal dapat dilihat pada perhitungan berikut ini : Tabel LA.5 Komposisi Cairan di Alur 9 Tanpa Kristal Komponen Berat (kg.jam -1 ) Fraksi Massa (w) Benzil Sianida 56,999 0,086 Asam Sulfat 41,5068 0,166 Air 1.9,41 0,60 Asam Fenil Asetat 64,654 0,18 Total 1.99,51 1,0000 Dengan demikian, komposisi cairan yang tertinggal di alur 11 dapat dihitung.

14 Alur 11 - Benzil Sianida (C 6 H 5 CH CN) F 11 C6H5CHCN F 11 C6H5CHCN N 11 C6H5CHCN N 11 C6H5CHCN = 0,086 x 16,8417 kg = 0,481 kg = 0,481 kg : 117,15 kg/kmol = 0,0041 kmol - Asam Sulfat (H SO 4 ) F 11 HSO4 F 11 HSO4 N 11 HSO4 N 11 HSO4 = 0,166 x 16,8417 kg =,647 kg =,647 kg : 98,08 kg/kmol = 0,07 kmol - Air (H O) F 11 HO F 11 HO N 11 HO N 11 HO = 0,60 x 16,8417 kg = 10,476 kg = 10,476 kg : 18,0 kg/kmol = 0,5814 kmol - Asam Fenil Asetat (C 6 H 5 CH COOH) F 11 C6H5CHCOOH F 11 C6H5CHCOOH N 11 C6H5CHCOOH N 11 C6H5CHCOOH = 0,18 x 16,8417 kg =,70 kg =,70 kg : 16,15 kg/mol = 0,0164 kmol Alur 10 - Benzil Sianida (C 6 H 5 CH CN) F 10 C6H5CHCN F 10 C6H5CHCN F 10 C6H5CHCN N 10 C6H5CHCN N 10 C6H5CHCN = F 9 C6H5CHCN F 11 C6H5CHCN = 56,999 kg 0,481 kg = 56,4487 kg = 56,4487 kg : 117,15 kg/kmol = 0,4818 kmol

15 - Asam Sulfat (H SO 4 ) F 10 HSO4 F 10 HSO4 F 10 HSO4 N 10 HSO4 N 10 HSO4 = F 9 HSO4 F 11 HSO4 = 41,5068 kg,647 kg = 47,8595 kg = 47,8595 kg : 98,08 kg/kmol = 4,64 kmol - Air (H O) F 10 HO F 10 HO F 10 HO N 10 HO N 10 HO = F 9 HO F 11 HO = 1.9,41 kg 10,476 kg = 1.8,9558 kg = 1.8,9558 kg : 18,0 kg/kmol = 68,1995 kmol - Asam Fenil Asetat (C 6 H 5 CH COOH) F 10 C6H5CHCOOH F 10 C6H5CHCOOH F 10 C6H5CHCOOH N 10 C6H5CHCOOH N 10 C6H5CHCOOH = F 9 C6H5CHCOOH F 11 C6H5CHCOOH = 64,654 kg,70 kg = 6,4154 kg = 6,4154 kg : 16,15 kg/mol = 1,974 kmol Tabel LA.6 Neraca Massa Filter (F-01) Komponen Benzil Sianida Asam Sulfat Air Asam Fenil Asetat Ammonium Bisulfat Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Alur 9 Alur 10 Alur 11 56,999 56,4487 0,481 41, ,8595, ,41 1.8, ,476 64,654 6,4154,70,754 0,754 Sub Total.16, , ,5959 Total.16,754.16,754

16 A.5 Dekanter (D-01) Tempat untuk memurnikan produk dengan cara memisahkan asam sulfat dari campuran produk alur 10 berdasarkan perbedaan massa jenis dengan efisiensi 98% terhadap air. Sehingga masih terdapat kandungan air sebesar % yang terikut pada produk alur 14. Dan sepertiga keluaran dari heavy phase dekanter diumpankan ke reaktor kembali, kemudian sisanya dialirkan ke pengolahan limbah. Benzil Sianida Asam Sulfat 10 Air Asam Fenil Asetat D Benzil Sianida Air Asam Fenil Asetat Benzil Sianida Asam Sulfat Air Asam Fenil Asetat Analisa derajat kebebasan adalah : Banyaknya : - variabel alur 11 - persamaan neraca TTSL (5 komponen) 4 - alur yang terspesifikasi - hubungan pembantu 4-11 Derajat kebebasan 0 Maka neraca massa pada dekanter (D-01) Tabel LA.7 Kelarutan dalam Air Komponen Kelarutan/100 gram H O Benzil Sianida 0,5000 Asam Sulfat Infinity Air - Asam Fenil Asetat 1,6600 (Tabel -1 Perry dan Green, 1997) Alur-14 - Asam Sulfat (H SO 4 ) F 14 HSO4 F 14 HSO4 N 14 HSO4 = F 10 HSO4 = 47,8595 kg = 47,8595 kg : 98,08 kg/kmol

17 N 14 HSO4 = 4,64 kmol - Air (H O) F 14 HO F 14 HO F 14 HO N 14 HO N 14 HO = 98% x F 10 HO = 98% x 1.8,9558 kg = 1.04,767 kg = 1.04,767 kg : 18,0 kg/kmol = 66,856 kmol - Benzil Sianida (C 6 H 5 CH CN) F 14 C6H5CHCN = 0,5000 x 1.04,767/100 F 14 C6H5CHCN N 14 C6H5CHCN N 14 C6H5CHCN = 6,019 kg = 6,019 kg : 117,15 kg/kmol = 0,0514 kmol - Asam Fenil Asetat (C 6 H 5 CH COOH) F 14 C6H5CHCOOH = 1,6600 x 1.04,767/100 F 14 C6H5CHCOOH N 14 C6H5CHCOOH N 14 C6H5CHCOOH = 19,997 kg = 19,997 kg : 16,15 kg/mol = 0,1468 kmol Alur-1 - Air (H O) F 1 HO F 1 HO F 1 HO N 1 HO N 1 HO = F 10 HO F 14 HO = 1.8,9558 kg 1.04,767 kg = 4,5791 kg = 4,5791 kg : 18,0 kg/kmol = 1,640 kmol - Benzil Sianida (C 6 H 5 CH CN) F 1 C6H5CHCN F 1 C6H5CHCN = F 10 C6H5CHCN F 14 C6H5CHCN = 56,4487 kg 6,019 kg

18 F 1 C6H5CHCN N 1 C6H5CHCN N 1 C6H5CHCN = 50,468 kg = 50,468 kg : 117,15 kg/kmol = 0,404 kmol - Asam Fenil Asetat (C 6 H 5 CH COOH) F 1 C6H5CHCOOH F 1 C6H5CHCOOH F 1 C6H5CHCOOH N 1 C6H5CHCOOH N 1 C6H5CHCOOH = F 10 C6H5CHCOOH F 14 C6H5CHCOOH = 6,4154 kg 19,997 kg = 4,48 kg = 4,48 kg : 16,15 kg/mol = 1,7806 kmol Tabel LA.8 Neraca Massa Dekanter (D-01) Komponen Benzil Sianida Asam Sulfat Air Asam Fenil Asetat Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Alur 10 Alur 1 Alur 14 56, ,468 6,019 47, , ,9558 4, ,767 6,4154 4,48 19,997 Sub Total 1.975, , ,508 Total 1.975, ,6795 A.6 Menara Destilasi (MD-01) Tempat untuk memurnikan asam fenil asetat dengan cara memisahkannya dari air dan Benzil sianida. Prinsip peristiwa perpindahan : Perbedaan komposisi fasa cair dan fasa uap setiap zat dalam campuran pada saat kesetimbangan atau perbedaan titik didih (boiling point)/tekanan uap (vapor pressure) setiap zat dalam campuran pada kondisi operasi alat (Walas, 1988). Perpindahan yang terjadi saat campuran mencapai kesetimbangan, zat dengan komposisi fasa cair yang lebih banyak akan berada pada bagian bottom sedangkan zat dengan komposisi fasa uap yang lebih banyak akan berada di bagian atas (menguap) (Geankoplis, 1997). Dimana : Titik didih senyawa pada keadaan tekanan 1 atm (101,5 kpa ; 760 mmhg) Benzil Sianida (C 6 H 5 CH CN) : 4 o C

19 Air (H O) Asam Fenil Asetat : 100 o C : 65,5 o C 18 Air Benzil Sianida Asam Fenil Asetat 15 Air Benzil Sianida Asam Fenil Asetat MD-01 Benzil Sianida Asam Fenil Asetat Analisa derajat kebebasan adalah : Banyaknya : - variabel alur 8 - persamaan neraca TTSL ( komponen) - alur yang terspesifikasi - hubungan pembantu -8 Derajat kebebasan 0 Maka neraca massa pada destilasi (MD-01) Penentuan Titik Didih Umpan Titik didih umpan masuk ke kolom destilasi Trial T = 196,85 o C = 470 K Asumsi : Tekanan (P) = 1 atm = 101,5 kpa Tekanan uap masing masing komponen, dapat dihitung dengan persamaan Antoine o B F ln P (kpa) = A + + DlnT + ET (Perry dan Green, 1997) T + C Keterangan : P o A,B,C,D,E T = tekanan uap murni komponen = konstanta Antoine = temperatur (K)

20 Tabel LA.9 Konstanta Antoine Komponen Komponen Konstanta Antoine A B C D E F Benzil Sianida Air Asam Fenil Asetat 65,9 67,74 57,98-7,E+0-9,61E+0-9,1E ,18E+00-7,11E+00-5,79E+00 4,0E-06,06E-18 1,15E-18,00E+00 6,00E+00 6,00E+00 (Perry dan Green, 1997; Software Chemcad) Diasumsikan cairan ideal, sehingga mengikuti hukum Raoult Dalton y.p i t = x Ditrial T sehingga yi = 1 i. t P o o P yi = x P i = k.x i (Smith, dkk., 005) Tabel LA.10 Trial Titik Didih Umpan Kolom Destilasi Komponen Fi, kmol/jam xi ln P o P o, kpa yi H O C 6 H 5 CH CN (LK) C 6 H 5 CH COOH (HK) 1,640 0,404 1,7806 0,815 0,104 0,4981 6,7E+00,55E+00,96E ,96 4, ,18 4,74E-01 8,9614E-05, Σ Dipilih Light Key Component = C 6 H 5 CH CN Dipilih Heavy Key Component = C 6 H 5 CH COOH Karena yi = 1 maka titik didih umpan adalah 196,85 o C T umpan = 196,85 o C + 7 = 470 K Penentuan titik embun dan titik gelembung bottom Trial I : Asumsi : Tidak ada air dalam bottom Diinginkan 99% Benzil sianida dipulihkan di destilat Diinginkan 99% asam fenil asetat dipulihkan di bottom

21 Tabel LA.11 Laju Alir Setiap Alur Komponen Umpan (15) Destilat (18) Bottom () kg/jam kmol/jam kg/jam kmol/jam kg/jam kmol/jam Air 4,5791 1,640 4,5791 1, Benzil Sianida 50,468 0,404 49,95 0,461 0,504 0,004 Asam Fenil Asetat 4,48 1,7806,44 0,0178 9,9986 1,768 Total 17,487, ,959 1, ,508 1,7671 Penentuan Titik Embun Destilat dan Titik Gelembung Bottom Penentuan titik embun destilat (dew point) T = 18,8 o C = 456,98 K Asumsi : Tekanan (P) = 0,9 atm = 91,195 kpa Tabel LA.1 Trial Titik Embun Destilat Kolom Destilasi Komponen D i y i ln P o P o K=P o /Pt α y i /α x i Air 1,640 0,7544 6, ,906 11,77 8,0997 0,009 0,06 Benzil Sianida 0,461 0,57,17,7677 0,61 1,8 0,19 0,8716 Asam Fenil Asetat 0,0178 0,0098,57 1,065 0,14 1,000 0,0098 0,0664 Total 1,8079 1,000 0,148 1,0000 Harga Kc perhitungan = harga Kc pada 18,8 o C (dew point) Penentuan titik gelembung bottom (bubble point) T = 67,85 o C = 541 K Asumsi : Tekanan (P) = 1,1 atm = 111,4575 kpa Tabel LA.1 Trial Titik Gelembung Bottom Kolom Destilasi Komponen B i x i ln P o P o K=P i /Pt αx i α y i Benzil Sianida 0,004 0,004 5,68 194,0951 1,7414 0,004 1,7418 0,004 Asam Fenil Asetat 1,768 0,9976 4, ,41 0,9998 0,9976 1,0000 0,9958 Total 1, ,0018 1,0000 Kc = 1/ αxi = 1/1 = 1 Harga Kc perhitungan = harga Kc pada 67,85 o C (bubble point) Cek Pemilihan LK dan HK Dicek apakah komponen terdistribusi atau tidak dengan persamaan Shiras

22 α DK α Dengan : DK α i α lk X lkd X lkf D F X hkd X hkf K i K hk i lk X Z lkd lkf D αlk - i X. F α -1 Z = nilai yang menunjukkan komponen terdistribusi atau tidak = relative volatility komponen i terhadap komponen heavy key = relative volatility komponen light key terhadap komponen heavy key = fraksi mol komponen light key di distilat = fraksi mol komponen light key di umpan = jumlah distilat, kmol/jam = jumlah umpan, kmol/jam = fraksi mol komponen heavy key di distilat = fraksi mol komponen heavy key di umpan = koefisien aktivitas komponen i = koefisien aktivitas komponen heavy key Dengan batasan DK untuk komponen terdistribusi adalah 0,01 < DK < 0,99 dan tidak terdistribusi apabila DK < -0,01 atau DK > 1,01 X lkd. D = 0,461 Z lkf. F = 0,404 X hkd. D = 0,0178 Z hkf. F = 1,7806 lk hkd hkf D F1 F F Tabel LA.14 Cek Pemilihan LK dan HK Komponen Z i α D α B α avg F 1 F DK Air 0,815 8,0997 0, , ,6698-0, ,1680 Benzil Sianida 0,104 1,8 1,7418 1,785 0,9900 0,0000 0,9900 Asam Fenil Asetat 0,4981 1,0000 1,0000 1,0000 0,0000 0,0100 0,0100 Dari hasil perhitungan di atas, pemilihan light key dan heavy key sudah benar A.7 Kondensor (CD-01) Untuk menurunkan temperatur destilat yang berasal dari kolom destilasi serta mengubah fasanya menjadi cair CD-01 18

23 Analisa derajat kebebasan adalah : Banyaknya : - variabel alur 9 - persamaan neraca TTSL ( komponen) - alur yang terspesifikasi - hubungan pembantu -9 Derajat kebebasan 0 Maka neraca massa pada kondensor (CD-01) Menghitung laju refluks destilat (R) : Laju refluks destilat dihitung menggunakan metode Underwood : i X if 1 q i i X id Rm 1 i (Geankoplis, 1997) Karena umpan dimasukkanndi kondensor adalah zat cair jenuh, maka q = 1 sehingga i X if 0 i Dengan cara trial dan error didapat θ Trial θ = 1,4649 Tabel LA.15 Omega Point Destilasi Komponen X if α i i X if i X id i X id Air 0,815 41,0499 0,957 0,7544 0,784 Benzil Sianida 0,104 1,785 0,6758 0,57 1,9 Asam Fenil Asetat 0,4981 1,0000-1,071 0,0098-0,01 Total 1 0, ,0000,105 i Maka: Rm + 1 =,105 Rm = 1,105 R D + 1 = 1,5 x Rm (Geankoplis, 1997) R D + 1 = 1,5 x 1,105 = 1,6578

24 Refluks Destilat : L D = R D x D (McCabe, dkk., 1999) L D = 1,6578 x 1,8079 kmol/jam L D =,997 kmol/jam V D = L D + D L D =,997 kmol/jam + 1,8079 kmol/jam L D = 4,8051 kmol/jam Komposisi komponen keluar kondensor sebagai destilat : Alur 18 (D) Tabel LA.16 Komposisi Komponen Destilat Komponen BM kmol/jam Fraksi Mol Air 18,0 1,640 0,7544 Benzil Sianida 117,15 0,461 0,57 Asam Fenil Asetat 16,15 0,0178 0,0098 Total 1,8079 1,0000 Komposisi : H O : X 18 HO = X Vd HO = X Ld HO = 0,7544 C 6 H 5 CH CN : X 18 C6H5CHCN = X Vd C6H5CHCN = X Ld C6H5CHCN = 0,57 C 6 H 5 CH COOH : X 18 C6H5CHCOOH = X Vd C6H5CHCOOH = X Ld C6H5CHCOOH = 0,0098 Alur 16 (V D ) Total : N 16 = N 17 + N 18 N 16 HO N 16 HO N 16 C6H5CHCN N 16 C6H5CHCN N 16 C6H5CHCOOH N 16 C6H5CHCOOH = 4,8051 kmol/jam = 0,7544 x 4,8051 kmol/jam =,65 kmol/jam = 0,57 x 4,8051 kmol/jam = 1,16 kmol/jam = 0,0098 x 4,8051 kmol/jam = 0,047 kmol/jam

25 Alur 17 (L D ) Total : N 17 = N 16 N 18 N 17 HO N 17 HO N 17 C6H5CHCN N 17 C6H5CHCN N 17 C6H5CHCOOH N 17 C6H5CHCOOH =,997 kmol/jam = 0,7544 x,997 kmol/jam =,61 kmol/jam = 0,57 x,997 kmol/jam = 0,7065 kmol/jam = 0,0098 x,997 kmol/jam = 0,095 kmol/jam Tabel LA.17 Neraca Massa Kondensor (CD-01) Komponen V D (16) L D (17) D (18) kg/jam kmol/jam kg/jam kmol/jam kg/jam kmol/jam Air 65,64,65 40,747,61 49,96 1,640 Benzil Sianida 1,684 1,16 8,7616 0,7065 4,5791 0,461 Asam Fenil Asetat 6,441 0,047 4,0189 0,095,44 0,0178 Total 04,457 4, ,578,997 76,959 1,8079 A.8 Reboiler (RB-01) Untuk menaikkan temperatur campuran sampai ke titik didihnya sebelum dimasukkan ke kolom destilasi. 1 0 RB-01 Analisa derajat kebebasan adalah : Banyaknya : - variabel alur 6 - persamaan neraca TTSL ( komponen) - alur yang terspesifikasi - hubungan pembantu -6 Derajat kebebasan 0

26 Maka neraca massa pada reboiler (RB-01) Berdasarkan Geankoplis (1997), untuk kondisi umpan masuk dalam keadaan bubble point (cair jenuh) sehingga q = 1 V D V D L B L B L B = V B + (1 q) F = V B = 4,8051 kmol/jam = V B + B = 4,8051 kmol/jam + 1,7671 kmol/jam = 6,57 kmol/jam Alur (B) Tabel LA.18 Komposisi Komponen Bottom Komponen BM kmol/jam Fraksi Mol Benzil Sianida 117,15 0,004 0,004 Asam Fenil Asetat 16,15 1,768 0,9976 Total 1,7671 1,0000 Komposisi : C 6 H 5 CH CN : X C6H5CHCN = X Vb C6H5CHCN = X Lb C6H5CHCN = 0,004 C 6 H 5 CH COOH : X C6H5CHCOOH = X Vb C6H5CHCOOH = X Lb C6H5CHCOOH = 0,9976 Alur 0 (L B ) Total : N 0 = N 1 + N N 0 C6H5CHCN N 0 C6H5CHCN N 0 C6H5CHCOOH N 0 C6H5CHCOOH = 6,57 kmol/jam = 0,004 x 6,57 kmol/jam = 0,0160 kmol/jam = 0,9976 x 6,57 kmol/jam = 6,556 kmol/jam Alur 1 (V B ) Total : N 1 = N 0 N N 1 C6H5CHCN N 1 C6H5CHCN N 1 C6H5CHCOOH N 1 C6H5CHCOOH = 4,8051 kmol/jam = 0,004 x 4,8051 kmol/jam = 0,0117 kmol/jam = 0,9976 x 4,8051 kmol/jam = 4,794 kmol/jam

27 Tabel LA.19 Neraca Massa Reboiler (RB-01) Komponen L B (0) V B (1) B () kg/jam kmol/jam kg/jam kmol/jam kg/jam kmol/jam Benzil Sianida 1,8755 0,0160 1,717 0,0117 0,504 0,004 Asam Fenil Asetat 89,646 6,556 65,661 4,794 9,9985 1,768 Total 894,5001 6,57 65,997 4, ,508 1,7671 A.9 Prilling Tower (PT-01) Untuk mengkristalkan asam fenil asetat sebanyak 40,508 kg/jam yang keluar dari menara destilasi pada bottom produk. Menara dengan aliran udara dingin dari bawah. Udara Basah PT-01 5 Udara Kering Pendingin Analisa derajat kebebasan adalah : Banyaknya : - variabel alur 4 - persamaan neraca TTSL ( komponen) - alur yang terspesifikasi - hubungan pembantu 0-4 Derajat kebebasan 0 Maka neraca massa pada prilling tower (PT-01) Asumsi efisiensi pembentukan butiran terbentuk, artinya semua alur 5 akan membentuk butiran asam fenil asetat. Neraca Massa : F = F 5

28 Tabel LA.0 Neraca Massa Prilling Tower (PT-01) Komponen Masuk () Keluar (5) F (kg/jam) N (kmol/jam) F (kg/jam) N (kmol/jam) Benzil Sianida 0,504 0,004 0,504 0,004 Asam Fenil Asetat 9,9985 1,768 9,9985 1,768 Total 40,508 1, ,508 1,7671 A.10 Ball Mill (BM-01) Untuk memperkecil ukuran kristal yang terbentuk sebelum dilakukan pengayakan. 5 BM-01 Analisa derajat kebebasan adalah : Banyaknya : - variabel alur 4 - persamaan neraca TTSL ( komponen) - alur yang terspesifikasi - hubungan pembantu 0-4 Derajat kebebasan 0 Maka neraca massa pada ball mill (BM-01) Neraca Massa : F 5 = F 7 7 Tabel LA.1 Neraca Massa Ball Mill (BM-01) Komponen Masuk (5) Keluar (7) F (kg/jam) N (kmol/jam) F (kg/jam) N (kmol/jam) Benzil Sianida 0,504 0,004 0,504 0,004 Asam Fenil Asetat 9,9985 1,768 9,9985 1,768 Total 40,508 1, ,508 1,7671

29 A.11 Screening (SC-01) Untuk menghasilkan ukuran produk yang seragam. Ukuran asam fenil asetat yang dijual di pasaran berkisar 0,5 mm. 7 9 Analisa derajat kebebasan adalah : Banyaknya : - variabel alur 6 - persamaan neraca TTSL (1 komponen) - alur yang terspesifikasi - hubungan pembantu -6 Derajat kebebasan 0 Maka neraca massa pada screening (SC-01) Neraca Massa : F 7 = F 8 + F 9 Asumsi : sisa asam fenil asetat dalam ayakan 1 % dari umpan masuk 8 Alur 8 - Benzil Sianida (C 6 H 5 CH CN) F 8 C6H5CHCN F 8 C6H5CHCN N 8 C6H5CHCN N 8 C6H5CHCN = 0,99 x 0,504 kg = 0,499 kg = 0,499 kg : 117,15 kg/kmol = 0,004 kmol - Asam Fenil Asetat (C 6 H 5 CH COOH) F 8 C6H5CHCOOH = 0,99 x 9,9985 F 8 C6H5CHCOOH N 8 C6H5CHCOOH N 8 C6H5CHCOOH = 7, 5986 kg = 7, 5986 kg : 16,15 kg/mol = 1,7451 kmol

30 Alur 9 - Benzil Sianida (C 6 H 5 CH CN) F 9 C6H5CHCN F 9 C6H5CHCN F 9 C6H5CHCN N 9 C6H5CHCN N 9 C6H5CHCN = F 7 C6H5CHCN F 8 C6H5CHCN = 0,504 kg 0,499 kg = 0,0050 kg = 0,0050 kg : 117,15 kg/kmol = 0,00004 kmol - Asam Fenil Asetat (C 6 H 5 CH COOH) F 9 C6H5CHCOOH F 9 C6H5CHCOOH F 9 C6H5CHCOOH N 9 C6H5CHCOOH N 9 C6H5CHCOOH = F 7 C6H5CHCOOH F 8 C6H5CHCOOH = 9, 9985 kg 7, 5986 kg =,4000 kg =,4000 kg : 16,15 kg/mol = 0,0176 kmol Tabel LA. Neraca Massa Screening (SC-01) Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Alur 7 Alur 8 Alur 9 Benzil Sianida 0,504 0,0050 0,499 Asam Fenil Asetat 9,9985,4000 7,5986 Sub Total 40,508,4050 8,0978 Total 40,508 40,508

31 LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA ENERGI Basis perhitungan = 1 jam Satuan panas = kilojoule/jam (kj/jam) Temperatur referensi = 5 o C (98,15 K) Neraca panas ini menggunakan rumus-rumus perhitungan sebagai berikut: - Perhitungan panas yang masuk dan keluar - Perhitungan panas penguapan Persamaan untuk menghitung kapasitas panas (Reklaitis, 198) : Cp = a + bt + ct + dt Jika Cp adalah fungsi dari temperatur maka persamaan menjadi : T T1 CpdT a( T b T1 ) ( T c ) ( T d ) ( T T1 T1 T1 Untuk sistem yang melibatkan perubahan fasa yang digunakan adalah : T Tb CpdT CpldT Hvl T1 T1 T Tb CpvdT Perhitungan energi untuk sistem yang melibatkan reaksi : dq dt rhr( T) N T T1 CpdT out N T T1 CpdT in (Smith, dkk., 005) (Smith, dkk., 005) ) B.1 Data Perhitungan Cp Perhitungan estimasi C ps (J/mol.K) menggunakan metode Hurst dan Harrison, dimana kontribusi elemen atom dan persamaan yang digunakan dapat dilihat sebagai berikut:

32 Tabel LB.1 Nilai ΔE untuk Estimasi C ps Elemen Atom E C 10,89 H 7,56 O 1,4 N 18,74 S 1,6 (Perry dan Green, 1997) n Cp = Ni Ei i1 Hasil estimasi harga C ps, C ps (NH 4 )HSO 4 = (N) + (5 x H) + (S) + (4 x O) = (18,74) + (5 x 7,56) + (1,6) + (4 x 1,4) = 1,58 kj/kmol K C ps C 6 H 5 CH COOH = (8 x C) + (8 x H) + ( x O) = (8 x 10,89) + (8 x 7,56) + ( x 1,4) = 174,44 kj/kmol K C ps C 6 H 5 CH CN = (8 x C) + (7 x H) + N = (8 x 10,89) + (7 x 7,56) + (18,74) = 158,78 kj/kmol K Perhitungan estimasi C pl (kal/mol o C) menggunakan metode Chueh dan Swanson, dimana kontribusi gugus dan persamaan yang digunakan dapat dilihat sebagai berikut, Tabel LB. Nilai ΔE untuk Estimasi C pl Elemen Atom E -CH= 5,0 >C=,90 -CH 6,0 -COOH- 19,10 -CN 1,60 (Reid, dkk., 1987) Cp = n i1 Ni Ei

33 Hasil estimasi harga C pl, C pl C 6 H 5 CH COOH = (5 x -CH=) +(1 x >C=) +(1 x -CH ) + (1 x -COOH-) = (5 x 5,0) + (,90) + (6,0) + (19,10) = 54,7 kal/mol o C = 8,8648 kj/kmol K C pl C 6 H 5 CH CN = (5 x -CH=) +(1 x >C=) +(1 x -CH ) + (1 x CN) = (5 x 5,0) + (,90) + (6,0) + (1,60) = 49, kal/mol o C = 05,858 kj/kmol K Tabel LB. Nilai Konstanta a, b, c dan d untuk Perhitungan Cp gas (kj/kmol K) Komponen a b c d Air 1,8964E+01 4,7118E-01-1,878D-0 1,144E-06 (Reklaitis, 198) Cpl H SO 4 = 18,900 kj/kmol K (CRC PRESS LLC, 000) Tabel LB.4 Nilai Konstanta a, b, c dan d untuk Perhitungan Cp gas (kj/kmol K) Komponen a b c d Air,40471E+01-9,65064E-0,998E-05 -,04467E-08 (Reklaitis, 198) Tabel LB.5 Kapasitas Panas Udara Komponen Temperatur ( o C) Temperatur (K) Cp (kj/kg K) 10,0 8, 1,0048 Udara 7,8 11,0 1, ,6 8,8 1,0090 (Geankoplis, 1997) B. Data Panas Pembentukan Standar (ΔH o f 98,15) Tabel LB.6 Data Panas Pembentukan Standar Komponen ΔH o f Satuan Air kj/kmol Ammonium Bisulfat kj/kmol Asam Sulfat kj/kmol Benzil Sianida kj/kmol Asam Fenil Asetat kj/kmol (CRC PRESS LLC, 000)

34 B. Data Panas Perubahan Fasa Komponen (ΔHvl) Tabel LB.7 Laten Heat of vaporization pada 98, 15 K (5 o C) Komponen Hv (kj/kmol) Tc (K) Tb (K) Air Benzil Sianida Asam Fenil Asetat , , , , , ,0000 (Geankoplis, 1997; Reklaitis, 198; Perry dan Green, 1997) 7,15 507,15 58,65 Estimasi heat of vaporization pada temperatur tertentu menggunakan korelasi Watson s Dimana : Tc = temperatur kritis (K) Tb = normal boiling point Tabel LB.8 Data Steam dan Air Pendingin yang Digunakan Komponen T ( o C) H (kj/kmol K) λ (kj/kg) P (kpa) Air Saturated steam , ,75 101,5 1.55, , , (Geankoplis, 00) Tabel LB.9 Kapasitas Panas H SO 4 Berdasarkan % Mol pada 0 o C % Mol H SO 4 Cp Satuan 5,16 9,8 15,6 1,40,7 0,9549 0,9177 0,8767 0,89 0,875 kal/g o C kal/g o C kal/g o C kal/g o C kal/g o C

35 B.4 Heater Umpan Benzil Sianida Pada heater (HE-01), sebelum masuk ke umpan reaktor terlebih dahulu Benzil sianida dipanaskan hingga mencapai temperatur 90 o C. Tujuan perhitungan neraca panas ini untuk mengetahui jumlah steam yang diperlukan. Steam 00 o C, 4 Benzyl Sianida 99% 90 o C HE-01 1 Benzyl Sianida 99% 7 o C Kondensat 00 o C Tabel LB.10 Neraca Energi Masuk Heater (HE-01) Komponen N 1 00,15 in Cp dt (kj/kmol) Q (kj/jam) 98,15 Benzil Sianida, , ,1854 Air 0, ,8115,9099 Total Panas Masuk 1.16,095 Tabel LB.11 Neraca Energi Keluar Heater (HE-01) Komponen N 4 6,15 out Cp dt (kj/kmol) Q (kj/jam) Benzil Sianida, ,40.511,5986 Air 0, ,56 78,5616 Total Panas Keluar.95,160 98,15 Maka steam yang dibutuhkan : dq dt m = Q Q = out in =.95,160 kj/jam 1.16,095 kj/jam =.159,0649 kj/jam = dq / dt.159,0649kj / jam 1940,7500kJ / kg = 16,5704 kg/jam

36 B.5 Mixer (M-01) Untuk mencampurkan asam sulfat dengan air sehingga diketahui jumlah air pendingin yang diperlukan pada jaket pendingin. Air 7 o C Asam Sulfat 98% Air % 7 o C M-01 Tabel LB.1 Neraca Energi Mixer (M-01) 5 Asam Sulfat Air Alur N in 00,15 Komponen T (K) (kmol/jam) Cp dt (kj/kmol) Q (kj/jam) 98,15 Air 6,155 00, ,8 0.69,4610 Asam Sulfat 98% 6,44 00,15 77,8 1.76,1879 Air % 0, , , ,0946 Total Panas Masuk 0.69,745 Neraca Panas Keluar Mixer (M-01) N 5 HO N 5 HSO4 = 6,901 kmol/jam = 6,44 kmol/jam 6,44 6,44 % Mol H SO 4 = 100% 100% 19,0701% 6,9016,44,65 Diinterpolasi dari tabel LB.9, diperoleh : Cp H SO 4 19,0701% mol = 0,8504 kal/gr o C Mixer bersifat adiabatis, sehingga Qin = Qout 0.69,745 = 1.107,579 x,5581 (T out - 0) (T out - 0) = 8,99 T out = 10,99 o C Tabel LB.1 Neraca Energi Masuk Mixer =,5581 kj/kg o C Komponen N 5 00,15 in Cp dt (kj/kmol) Q (kj/jam) 98,15 Asam Sulfat 6, , ,55 Air 6, , ,819 Total Panas Masuk ,7174

37 Tabel LB.14 Neraca Energi Keluar Mixer Komponen N 6 6,15 out Cp dt (kj/kmol) Q (kj/jam) Asam Sulfat 6, , ,1070 Air 6, , ,569 Total Panas Keluar , ,15 Maka steam yang dibutuhkan : dq dt = Qout Qin = ,6699 kj/jam ,7174 kj/jam = ,0475 kj/jam m = dq / dt x 18,0 kg/kmol o o H (40 C) H (7 C) = ,0475kJ / jam 1.15, ,8115kJ / kmol x 18,0 kg/kmol =.0,708 kg/jam B.6 Reaktor (R-01) Reaktor yang digunakan adalah reaktor tangki berpengaduk pada temperatur 90 o C dan 1 atm (Kamm dan Matthews, 19), dimana reaktan berupa zat cair pada temperatur 90 o C. Pendingin yang digunakan pada 7 o C dengan menggunakan koil pendingin. Tujuan perhitungan neraca panas reaktor untuk mengetahui jumlah air pendingin yang diperlukan untuk mengkondisikan reaktor pada temperatur 90 o C. Benzil Sianida 90 o C 4 5 Asam Sulfat Air 90 o C Air pendingin 7 o C Air pendingin 40 o C R o C Benzil Sianida Asam Sulfat Air Asam Fenil Asetat Ammonium Bisulfat

38 Tabel LB.15 Neraca Energi Masuk Reaktor Komponen N 4 6,15 in Cp dt (kj/kmol) Q (kj/jam) Benzil Sianida, ,40.511,5986 Air 0, ,56 78,588 98,15 Komponen N 5 6,15 in Cp dt (kj/kmol) Q (kj/jam) Asam Sulfat 6, , ,1070 Air 6, , ,166 Total Panas Masuk.71,06 98,15 Tabel LB.16 Neraca Energi Keluar Reaktor Komponen N 6 6,15 out Cp dt (kj/kmol) Q (kj/jam) Benzil Sianida 0, , ,8900 Air, , ,907 Asam Sulfat 4, , ,8858 Asam Fenil Asetat 1, , ,809 Ammonium Bisulfat 1, , ,615 Total Panas Keluar , ,15 Panas Reaksi : Reaksi yang terjadi adalah : C 6H5CHCN HO HSO4 C6H5CH COOH NH4HSO4 Tabel LB.17 Panas Reaksi Standar 98,15 K Komponen σ (Koefisien Reaksi) ΔHf ΔH produk ΔH reaktan Benzil Sianida Air Asam Sulfat Asam Fenil Asetat Ammonium Bisulfat Panas reaksi pada keadaan standar : ΔHr o = Σ σ.δhf = ( ) ( ) = kj/kg mol

39 Maka, selisih panas adalah : dq dt o = H r r Qout Qin = , ,06 = ,5561 kj/jam Tanda negatif, berarti sistem mengeluarkan panas sebesar ,5561 kj/jam. Maka dibutuhkan air pendingin. Air pendingin yang dibutuhkan adalah : m = dq / dt x 18,0 kg/kmol o o H(40 C) H(7 C) ,5561 kj / jam = 1.15, ,8115kJ / kmol. K = 1.656,944 kg/jam x 18,0 kg/kmol Tabel LB.18 Neraca Energi Reaktor (R-01) Komponen Panas Masuk (kj/jam) Panas Keluar (kj/jam) Benzil Sianida.511, ,8900 Asam Sulfat 57.71, ,8858 Air 1.948, ,907 Asam Fenil Asetat ,809 Ammonium Bisulfat ,615 Panas Reaksi Air pendingin , Total 1.989, ,6746 B.7 Heater (HE-0) Pada heater (HE-0), untuk memanaskn keluaran reaktor dengan temperatur 17,5 o C yang selanjutnya diumpankan ke washing (W-01). Tujuan perhitungan neraca panas ini untuk mengetahui jumlah steam yang diperlukan untuk memanaskan keluaran reaktor karena pada washing diperlukan temperatur hingga 80 o C. Steam 00 o C, 17,5 o C 7 Benzil Sianida Asam Sulfat Air Asam Fenil Asetat Ammonium Bisulfat HE-0 6 Kondensat 00 o C 90 o C Benzil Sianida Asam Sulfat Air Asam Fenil Asetat Ammonium Bisulfat

40 Tabel LB.19 Neraca Energi Masuk Heater (HE-0) Komponen N 6 6,15 in Cp dt (kj/kmol) Q (kj/jam) Benzil Sianida 0, , ,8900 Air, , ,907 Asam Sulfat 4, , ,8858 Asam Fenil Asetat 1, , ,809 Ammonium Bisulfat 1, , ,615 Total Panas Masuk , ,15 Tabel LB.0 Neraca Energi Keluar Heater (HE-0) Komponen N 7 410,65 out Cp dt (kj/kmol) Q (kj/jam) Benzil Sianida 0, , ,0149 Air, , ,6 Asam Sulfat 4, , ,06 Asam Fenil Asetat 1, , ,47 Ammonium Bisulfat 1, , ,895 Total Panas Masuk 55.18,1898 Maka steam yang dibutuhkan : 98,15 dq dt Q Q = out in m = = 55.18,1898 kj/jam ,6746 kmol/jam = ,049 kj/jam dq / dt = ,049 kj / jam 1940,7500kJ / kg = 77,6648 kg/jam Tabel LB.1 Neraca Energi Heater (HE-0) Komponen Panas masuk (kj/jam) Panas keluar (kj/jam) Benzil Sianida 6.50, ,0149 Air , ,6 Asam Sulfat 9.70, ,06 Asam Fenil Asetat 8.916, ,47 Ammonium Bisulfat , ,895 Steam ,049 - Total 55.18, ,1898

41 B.8 Washing (W-01) Tujuan perhitungan neraca panas pada washing (W-01) untuk mengetahui temperatur air pencuci yang masuk, karena proses pencucian berlangsung pada temperatur 80 o C Benzil Sianida Asam Sulfat Air Asam Fenil Asetat Ammonium Bisulfat 17,5 o C 7 W-01 8 Air 7 o C 9 80 o C Benzil Sianida Asam Sulfat Air Asam Fenil Asetat Ammonium Bisulfat Tabel LB. Neraca Energi Masuk Washing (W-01) Komponen N 7 410,65 in Cp dt (kj/kmol) Q (kj/jam) Benzil Sianida 0, , ,0018 Air, , ,5819 Asam Sulfat 4, , ,6869 Asam Fenil Asetat 1, , ,58 Ammonium Bisulfat 1, , , ,15 Komponen N 8 00,15 in Cp dt (kj/kmol) Q (kj/jam) Air 45, , ,748 Total Panas Masuk 6.047,086 98,15 Tabel LB. Neraca Energi Keluar Washing (W-01) Komponen N 9 5,15 out Cp dt (kj/kmol) Q (kj/jam) Benzil Sianida 0, , ,445 Air 68, , ,156 Asam Sulfat 4, , ,980 Asam Fenil Asetat 1, , ,7069 Ammonium Bisulfat 1, , ,905 Total Panas Keluar 6.069,5 98,15

42 B.9 Cooler (HE-0) Pada cooler (HE-0), hasil keluaran filter yang berupa kristal ammonium bisulfate (F-01) dan cairannya berasal dari bagian bawah alur 11 didinginkan terlebih dahulu sebelum disimpan ke tangki penyimpanan. Tujuan perhitungan neraca panas pada cooler ini untuk mengetahui jumlah air pendingin yang diperlukan. Air Pendingin 7 o C, 1 atm 1 0 o C, 1 atm Benzil Sianida Asam Sulfat Air Asam Fenil Asetat Ammonium Bisulfat HE-0 11 Air Pendingin Bekas 40 o C, 1 atm 80 o C, 1 atm Benzil Sianida Asam Sulfat Air Asam Fenil Asetat Ammonium Bisulfat Tabel LB.4 Neraca Energi Masuk Cooler (HE-0) Komponen N 11 5,15 in Cp dt (kj/kmol) Q (kj/jam) Benzil Sianida 0, , ,4198 Asam Sulfat 0, , ,1894 Air 0, , ,19 Asam Fenil Asetat 0, , ,460 Ammonium Bisulfat 1, , ,905 Total Panas Masuk ,84 98,15 Tabel LB.5 Neraca Energi Keluar Cooler (HE-0) Komponen N 1 0,15 out Cp dt (kj/kmol) Q (kj/jam) 98,15 Benzil Sianida 0, ,640 4,00 Asam Sulfat 0,07 694,5000 5,854 Air 0, , ,858 Asam Fenil Asetat 0, ,40 18,7669 Ammonium Bisulfat 1,948 61, ,550 Total Panas Masuk 1.458,011 Maka steam yang dibutuhkan : dq dt Q Q = out in = 1.458,011 kj/jam ,84 kmol/jam = ,51 kj/jam

43 m = = dq / dt x 18,0 kg/kmol o o H(40 C) H(7 C) ,51 kj / jam x 18,0 kg/kmol 1.15, ,8115kJ / kmol. K = 69,4980 kg/jam Tabel LB.6 Neraca Energi Cooler (HE-0) Komponen Panas masuk (kj/jam) Panas keluar (kj/jam) Alur 11 Alur 1 Benzil Sianida 46,4198 4,00 Air 84,1894 5,854 Asam Sulfat.41,19 17,858 Asam Fenil Asetat 06,460 18,7669 Ammonium Bisulfat 1.104, ,550 Air Pendingin ,51 - Total 1.458, ,011 B.10 Heater (HE-04) Tujuan perhitungan neraca panas untuk mengetahui jumlah steam yang diperlukan, dimana heater ini berfungsi untuk menaikkan temperatur sebagai umpan destilasi. Steam 00 o C Benzil Sianida Air Asam Fenil Aseatt 196,85 o C, 15 HE-04 1 Benzil Sianida Air Asam Fenil Aseat 80 o C Kondensats 00 o C Tabel LB.7 Neraca Energi Masuk Heater (HE-04) Komponen N 1 5,15 in Cp dt (kj/kmol) Q (kj/jam) Benzil Sianida 0, , ,9475 Air 1, , ,4785 Asam Fenil Asetat 1, , ,4165 Total Panas Masuk.945,844 98,15

44 Tabel LB.8 Neraca Energi keluar Heater (HE-04) Komponen N 15 out , 15 Cp (kj/kmol) Q (kj/jam) Benzil Sianida 0, , ,7459 Asam Fenil Asetat 1, , ,785 Komponen N BP 19 Cp( l) dt 98,15 out ΔH VL 470 Cp ( v) dt BP Q (kj/jam) (kj/kmol) (kj/kmol) Air 1, , ,., ,8601 Total Panas Keluar 15.98,445 dt Maka steam yang dibutuhkan : dq dt m = = Qout Qin = 15.98,445 kj/jam.945,844 kj/jam = 10.06,501 kj/jam = dq / dt 10.06,501kJ / jam 1940,7500kJ / kg = 61,8506 kg/jam Tabel LB.9 Neraca Energi Heater (HE-04) Komponen Panas masuk (kj/jam) Panas keluar (kj/jam) Alur 1 Alur 15 Benzil Sianida 4.87, ,7459 Air 5.659, ,8601 Asam Fenil Asetat.41, ,785 Steam 10.06,501 - Total 15.98, ,445 B.11 Kolom Destilasi (MD-01) Untuk memisahkan asam fenil asetat dari larutan benzil sianida dan air berdasarkan perbedaan titik didihnya.

45 a. Kondensor Umpan masuk kondensor Kondisi : Uap jenuh Temperatur : 18,8 o C = 6,8940 o F Tabel LB.0 Heat of Vaporization pada Titik Didihnya Komponen BM N Hv Fraksi mol (kg/kmol) (kmol/jam) (kj/kmol) Benzil Sianida 117,15 1,16 0, ,4775 Air 18,0,65 0, ,000 Asam Fenil Asetat 16,15 0,047 0, ,0000 Total 4,8051 1,0000 Tabel LB.1 Heat of Vaporization pada 18,8 o C Komponen Fraksi mol Hv (kj/kmol) Hv komponen (kj/kmol) Benzil Sianida 0, , ,0184 Air 0, , ,4005 Asam Fenil Asetat 0, ,89 659,984 Total 1, ,598 Komposisi komponen keluar sebagai destilat Kondisi : Cair jenuh Temperatur : 18,8 o C = 6,8940 o F Tabel LB. Kapasitas Panas Cairan sebagai Destilat (D) Komponen BM N cpl Fraksi mol (kg/kmol) (kmol/jam) (kj/kmol o C) Benzil Sianida 117,15 0,461 0,57 05,858 Air 18,0 1,640 0, ,8817 Asam Fenil Asetat 16,15 0,0178 0,0099 8,8646 Total 1,8079 1,0000 H L = N x cp L x ΔT Pada Benzil sianida H L = 0,57 x ((18,8+7,15) 98,15) x 05,858 = 7.706,557 kj/kmol

46 Pada Air H L = 0,7545 x ((18,8+7,15) 98,15) x 74,8817 = 8.97,966 kj/kmol Pada Asam Fenil Asetat H L = 0,0098 x ((18,8+7,15) 98,15) x 8,8646 = 58,000 kj/kmol H L total = 17.07,5190 kj/kmol = 4.07,069 kkal/kmol Komposisi komponen keluar sebagai Reflux (Lo) Kondisi : Cair jenuh Temperatur : 18,8 o C = 6,8940 o F Tabel LB. Entalpi Cairan sebagai Reflux Komponen BM N Fraksi cpl H L (kg/kmol) (kmol/jam) mol (kj/kmol o C) (kj/kmol) Benzil Sianida 117,15 0,7065 0,57 05, ,557 Air 18,0,61 0, , ,966 Asam Fenil Asetat 16,15 0,095 0,0099 8, ,000 Total,997 1, ,5190 Beban kondensor Q c = Vd.H v D.H L -L.H L = (4,8051 x 7.081,40) (1,8079 x 17.07,5190) (,997 x 17.07,5190) = 96.1,657 kj/jam =.019,5157 kkal/jam = 91.87,711 Btu/jam LMTD = = t t1 t ln( ) t ln( 1 (18,8 40) (18,8 7) 18,8 40 ) 18,8 7 = 150,6 o C = 0,45 o F Kebutuhan air pendingin W = Qc/(LMTD.cp) = 96.1,657 kj/jam/(150,6 o C x,511 kj/kg o C) = 54,89 kg/jam = 560,6150 lb/jam

47 b. Reboiler Preheating dimana temperatur umpan dari 196,85 o C menjadi 67,85 o C Kondisi umpan masuk Kondisi : Cair jenuh Temperatur : 196,85 o C Tabel LB.4 Entalpi Cairan sebagai Umpan Preheating Komponen N Fraksi cpl H L (kmol/jam) mol (kj/kmol o C) (kj/kmol) Benzil Sianida 0,0160 0,004 05,858 11,7767 Asam Fenil Asetat 6,556 0,9976 8, ,78 Total 6,57 1, ,1550 Kondisi umpan keluar sebagai Bottom Kondisi Temperatur : Uap jenuh : 67,85 o C = 514,1 o F Tabel LB.5 Heat of Vaporization pada 67,85 o C Komponen N Hv Hv komponen Fraksi mol (kmol/jam) (kj/kmol) (kj/kmol) Benzil Sianida 0,004 0, , ,84 Asam Fenil Asetat 1,768 0, , ,977 Total 1,7671 1, ,1 Komposisi komponen masuk Reboiler Kondisi Temperatur : Cair jenuh : 67,85 o C = 514,1 o F Tabel LB.6 Entalpi Cairan sebagai Lb Komponen N Fraksi cpl H L (kmol/jam) mol (kj/kmol o C) (kj/kmol) Benzil Sianida 0,0160 0,004 05,858 11,7767 Asam Fenil Asetat 6,556 0,9976 8, ,78 Total 6,57 1, ,1550 q p = 6,57 x (55.566, ,748) = ,978 kj/jam = ,1198 Btu/jam

48 Kondisi umpan keluar sebagai Vb Kondisi : Uap jenuh Temperatur : 67,85 o C = 514,1 o F Tabel LB.7 Heat of Vaporization pada 67,85 o C Komponen N Hv Hv komponen Fraksi mol (kmol/jam) (kj/kmol) (kj/kmol) Benzil Sianida 0,0117 0, , ,84 Asam Fenil Asetat 4,794 0, , ,977 Total 4,8051 1, ,1 qv = 6,57 x (56.644, ,1550) = 7.085,67 kj/jam = 6.715,5675 Btu/jam Q = qp + qv = 11.85,048 kj/jam = ,687 Btu/jam Maka steam yang dibutuhkan : m = = dq / dt 11.85,048kJ / 1.405kJ / kg jam = 81,044 kg/jam B.1 Cooler (HE-05) Pada cooler (HE-05), hasil keluaran destilat menara destilasi (MD-01) didinginkan terlebih dahulu sebelum kembali ke reaktor (R-01). Tujuan perhitungan neraca panas pada cooler ini untuk mengetahui jumlah air pendingin yang diperlukan. Air Pendingin 7 o C, 1 atm Benzil Sianida Air Asam Fenil Asetat 90 o C, 1 atm 19 HE Benzil Sianida Air Asam Fenil Asetat 18,8 o C, 1 atm Air Pendingin Bekas 40 o C, 1 atm

49 Tabel LB.8 Neraca Energi Masuk Cooler (HE-05) Komponen N ,98 in Cp 98,15 dt (kj/kmol) Q (kj/jam) Benzil Sianida 0, , ,595 Asam Fenil Asetat 0, , ,0406 Komponen N BP 18 Cp( l) dt 98,15 in ΔH VL 470 Cp ( v) dt Q BP (kj/jam) (kj/kmol) (kj/kmol) Air 1, , ,.97, ,014 Total Panas Masuk ,648 Tabel LB.9 Neraca Energi Keluar Cooler (HE-05) Komponen N 19 6,15 out Cp dt (kj/kmol) Q (kj/jam) Benzil Sianida 0, , ,401 Air 1, , ,608 Asam Fenil Asetat 0, ,10 64,7966 Total Panas Keluar 1.66,804 Maka air pendingin yang dibutuhkan : dq dt m = Q Q = out in 98,15 = 1.66,804 kj/jam ,648 kj/jam = ,8458 kj/jam dq / dt x 18,0 kg/kmol o o H(7 C) H(40 C) = ,8458 kj / jam 149, ,7906kJ / kmol. K x 18,0 kg/kmol = 1.71,91 kg/jam Tabel LB.40 Neraca Energi Cooler (HE-05) Komponen Panas masuk (kj/jam) Panas keluar (kj/jam) Alur 18 Alur 19 Benzil Sianida 1.91, ,401 Air , ,608 Asam Fenil Asetat 647, ,7966 Air Pendingin , Total 1.66, ,804

50 B.1 Cooler (HE-06) Pada cooler (HE-06), hasil keluaran bottom menara destilasi (MD-01) didinginkan terlebih dahulu sebelum masuk ke dalam prilling tower (PT-01). Tujuan perhitungan neraca panas pada cooler ini untuk mengetahui jumlah air pendingin yang diperlukan. Air Pendingin 7 o C, 1 atm Benzil Sianida Asam Fenil Asetat 100 o C, 1 atm HE-06 Benzil Sianida Asam Fenil Asetat 67,85 o C, 1 atm Air Pendingin Bekas 40 o C, 1 atm Tabel LB.41 Neraca Energi Masuk Cooler (HE-06) Komponen N in , 15 Cp (kj/kmol) Q (kj/jam) Asam Fenil Asetat 1, , ,14 Komponen N BP Cp( l) dt 98,15 in ΔH VL 470 Cp ( v) dt BP Q (kj/jam) (kj/kmol) (kj/kmol) Benzil Sianida 0, , , ,117,0760 dt Total Panas Masuk 7.074,90 Tabel LB.4 Neraca Energi Keluar Cooler (HE-06) Komponen N 7,15 out Cp dt (kj/kmol) Q (kj/jam) Benzil Sianida 0, , ,875 Asam Fenil Asetat 1, , ,15 Total Panas Keluar 0.4,607 Maka air pendingin yang dibutuhkan : dq dt m = Q Q = out in 98,15 = 0.4,607 kj/jam 7.074,90 kj/jam = ,7876 kj/jam dq / dt x 18,0 kg/kmol o o H(7 C) H(40 C) = ,7876 kj / jam 149, ,7906kJ / kmol. K x 18,0 kg/kmol = 770,8477 kg/jam

51 Tabel LB.4 Neraca Energi Cooler (HE-06) Komponen Panas masuk (kj/jam) Panas keluar (kj/jam) Alur Alur Benzil Sianida, ,875 Asam Fenil Asetat 71.75, ,15 Air Pendingin , Total 0.4, ,607 B.14 Prilling Tower (PT-01) Pada prilling tower (PT-01), setelah hasil bottom didinginkan pada HE-09 maka produk diumpankan ke PT-01 untuk membentuk kristal dengan bantuan udara dingin. Tujuan perhitungan neraca panas pada prilling tower ini untuk mengetahui temperatur keluaran udara bekas. - Panas masuk (Qi), Qi = N 7, 15 asam fenil Cp 98,15 = 0.4,607 kj/jam as. fenil + N 7,15 Benzil Cp 98,15 benzyl Panas masuk udara Asumsi temperatur udara masuk 0 o C (0,15 K) dan massa udara (F = 00 kg/jam) BM rata-rata = (79% x BM N ) + (1% x BM O ) = (0,79 x 8) + (0,1 x ) = 8,84 kg/kmol N udara = F/BM rata-rata = 00/8,84 = 6,948 kmol/jam Tabel LB.44 Neraca Energi Udara Masuk Prilling Tower (PT-01) N 4 udara masuk 0,15 Komponen (kmol/jam) Cp ( g) dt (kj/kmol) Q in (kj/jam) 98,15 Udara 6, , ,19 Total panas masuk = panas masuk alur 7 + panas masuk udara alur 8 = 0.4,607 kj/jam ,19 kj/jam = ,70 kj/jam - Panas keluar (Qo), Qo = N 5 0, 15 asam fenil Cp 98,15 as. fenil + N 5 0,15 Benzil Cp 98,15 benzyl

52 Tabel LB.45 Neraca Energi Keluar Prilling Tower (PT-01) Komponen N 5 0,15 out Cp dt (kj/kmol) Q (kj/jam) Benzil Sianida 0,004 79,9000,418 Asam Fenil Asetat 1,768 87, ,514 Total 1.540,979 98,15 Perhitungan temperatur keluar udara pendingin Panas keluar alur 6 Jika diasumsikan Prilling Tower bersifat adiabatik, panas masuk = panas keluar dq dt Q out = out Qin Q = 0 = Q in Q out 5 + Q out 6 = Q in + Q in ,979 + N udara [ T dt N udara [ T 98,15 dt 98,15 Cp( g) ] = 0.4, ,19 Cp( g) ] = 6.607,8041 kj/jam Dengan cara trial and error diperoleh temperatur udara keluar sebesar 4,1 o C Hasil perhitungan udara keluar : Tabel LB.46 Neraca Energi Udara Keluar Prilling Tower (PT-01) N 6 udara masuk 15,440 Komponen (kmol/jam) Cp ( g) dt (kj/kmol) Q in (kj/jam) 98,15 Udara 6, , ,186 Tabel LB.47 Neraca Energi Prilling Tower (PT-01) Komponen Panas masuk (kj/jam) Panas keluar (kj/jam) Umpan 0.4,607 - Udara Masuk 4.84,19 - Produk ,979 Udara Keluar ,186 Total , , ,70

53 LAMPIRAN C PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN Beberapa persamaan yang digunakan dalam perhitungan perancangan tangki: Tangki penyimpanan cairan disediakan dengan ruang uap tertentu : 15 % jika volum < 500 galon 10 % jika volum > 500 galon (Walas, dkk., 1988) - Volume shell tangki (Vs) Vo 1 4 Vs Vo πd L 1 - sin Tabel LC.1 Perbandingan Panjang dan Diameter Tangki P (psig) L/D 4 5 (Walas, 1988) - Volume tutup tangki (Ve) Untuk torispherical (L = D) Vo = 0,0778 D Vh Vo H 1, H 5 D dimana: L H D D = panjang silinder (m) = tinggi cairan (m) = diameter silinder (m) Vo = volum full head θ = sudut kerucut (Walas, dkk., 1988) - Tebal shell tangki PR t + n. C (Perry dan Green, 1997) SE 0,6P

54 dimana: t = tebal shell (in) P = tekanan desain (psia) R = jari-jari dalam tangki (in) S = allowable Stress (psia) E = joint efficiency C = corrosion allowance (in/tahun) n = umur alat (tahun) - Tebal tutup tangki untuk flat flanged t D 0, P + n. C (Walas, dkk., 1988) S - Tebal tutup tangki untuk torispherical P rc M t + n. C (Brownell dan Young, 1959) SE 0,P M = rc 1/ icr 4 dimana: t = tebal tutup (in) P = tekanan desain (psig) L = crown radius D = diameter tutup (in) S = allowable Stress (psia) E = joint efficiency C = corrosion allowance (in/tahun) n = umur alat (tahun) rc = crown radius (in) icr = inside corner radius (in) sf = straight flange length Rumus densitas campuran, ρ campuran : Ρcampuran = Σ% berat i.ρ i (Reid, dkk., 1987)