LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA

Transkripsi

1 LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA Waktu operasi : 300 hari / tahun ; 4 jam / hari Basis perhitungan : jam operasi Satuan operasi : kilogram (kg) Bahan baku : - Propilen (C 3 H 6 ) - Udara (N dan O ) - Steam (H O) Komposisi umpan : Propilen: udara : steam = :7: Produk akhir : Asam Akrilat (C 3 H 4 O ) Kapasitas Produksi : 3889 kg/jam = ton/tahun LA. Splitter (SP-0) Neraca Massa Komponen: Basis: N propilen = 45,9 kmol/jam F 5 oksigen F 5 nitrogen F 6 oksigen F 6 nitrogen F 7 oksigen F 7 oksigen F 7 nitrogen = 46,505 kmol/jam = 4768,8036 kg/jam. =736,403 kmol/jam = 486,97 kg/jam. = (7 x N propilen) 0,9 = 36,5056 kmol/jam = 568,8036 kg/jam = (7 N propilen 0,79) = 359,9498 kmol/jam = 38078,5937 kg/jam = F 5 oksigen F 7 oksigen = (4768, ,8036) kg/jam. = 300 kg/jam = F 5 nitrogen F 7 nitrogen

2 F 7 nitrogen = (486,97-753,4007)kg/jam = 0533,333 kg/jam LA. Mixing Point I (M-0) Bahan baku berupa propilen, udara, dan steam harus dicampur terlebih dahulu pada M-0 sebelum diumpankan ke dalam reaktor dengan perbandingan :7 : (freepatents, 006) Propilen 3 Mixing Point I 8 (M-0) Steam 6 Udara, Oksigen Nitrogen Oksigen Nitrogen Propilen Steam Basis umpan bahan baku : N propilen = 45,9 mol Neraca Massa Komponen : F 8 propilen = F 9 propilen = F propilen= F propilen = 038,734 kg/jam F 8 oksigen = F 9 oksigen = F 6 oksigen = 568,8036 kg/jam F 8 nitrogen = F 9 nitrogen = F 6 nitrogen = 38078,5937 kg/jam F 8 steam = F 9 steam= F 3 steam = (0,746 N propilen) 8 = 3303,0943 kg/jam. Neraca Massa Total : F + F 3 + F 6 = F 8 F 8 = (F 8 oksigen + F 8 nitrogen + F 8 propilen + F 8 steam) =(038, , , ,0943) kg/jam = 6378,6008 kg/jam F + F 3 + F 6 = (038, , ,774)kg/jam = 6378,6008 kg/jam LA.3 Reaktor Oksidasi (R-0) Dalam reaktor ini terjadi 3 reaksi oksidasi menghasilkan akrolein, air, asam akrilat, asam asetat, dan karbondioksida.

3 R : C 3 H 6 + O C 3 H 4 O + H O R : C 3 H 6 +3/O C 3 H 4 O + H O R 3 : C 3 H 6 +5/ O C H 4 O + CO + H O Konversi propilen overall = 00 % Konversi membentuk akrolein = 70 % Konversi membentuk asam akrilat = % Konversi membentuk asam asetat = 3 % Basis = F 9 propilen = 038,734 kg/jam N propilen = massa propilen 038,734 kg Mr propilen 4 kg / kmol 45,9kmol r = konversi N propilen = 0,7 45,9 = 7,455 kmol/jam r = konversi N propilen = 0, 45,9 = 7,0544 kmol/jam r 3 = konversi N propilen = 0,9 45,9 = 46,75 kmol/jam Reaksi yang terjadi di dalam reaktor : R C 3 H 6 (g) + O (g) C 3 H 4 O (g) + H O (g) M 45,9 36, B 7,455 7,455 7,455 7,455 S 73, ,360 7,455 7,455 R C 3 H 6 (g) + 3/O (g) C 3 H 4 O (g) + H O (g) M 73, , B 7,054 40,577 7,054 7,054 S 46,75 48,789 7,054 7,054

4 R 3 C 3 H 6 (g) + 5/O (g) C H 4 O (g) + CO (g) + H O (g) M 46,75 6, B 46,75 6,83 46,75 46,75 46,75 S 0 3, ,75 46,75 46,75 Dimana : M = jumlah mol senyawa mula-mula (kmol) B = jumlah mol senyawa yang bereaksi (kmol) S = jumlah mol senyawa sisa setelah reaksi selesai (kmol) Neraca Massa Komponen : F 0 akrolein = N 0 akrolein Mr = 7, = 9640,50 kg/jam F 0 asam akrilat = N 0 asam akrilat Mr = 67,05 7 = 947,7038 kg/jam F 0 asam asetat= N 0 asam asetat Mr = 46,75 60 = 803,53 kg/jam F 0 karbondioksida = N 0 karbondioksida Mr = 46,75 44 = 055,9096 kg/jam F 0 air F 0 air F 0 air = F 0 air (R) + F 0 air (R) + F 0 air(r3) = (N 0 air(r) + N 0 air(r) + N 0 air(r3) + N 0 steam) Mr = (7,455+ 7, , ,5054) 8 = 779,6939 kg/jam F 0 oksigen = N 0 oksigen Mr = 3, = 03,0363 kg/jam Neraca Massa Total : F 0 = (F 9 propilen + F 9 oksigen+ F 9 nitrogen+ F 9 steam) F 0 = (038, , , ,0943)= 6378,6008 kg/jam F 0 = (F 0 akrolein + F 0 asam akrilat+ F 0 asam asetat + F 0 karbondioksida + F 0 air + F 0 nitrogen+ F 0 oksigen ) F 0 = (9640, , , , , , ,0363) = 6378,6008 kg/jam

5 LA.4 Knock Out Drum I (SP-0) Berfungsi untuk memisahkan komponen berdasarkan parameter dan fraksi split yang diinginkan. Pada dasarnya, sebelum memasuki separator stream sudah terdiri dari dua fase, tetapi pada keadaan saturatednya, maka setiap komponen dapat dipisahkan semuanya atau hanya sebagian saja. Neraca Massa Komponen : F 4 oksigen = F 5 oksigen = 03,0363 kg/jam F 4 nitrogen = F 5 nitrogen = 38078,5937 kg/jam F 4 karbondioksida = F 5 karbondioksida = 055,9096 kg/jam F 4 akrolein = F 6 akrolein = 9640,50 kg/jam F 4 air = F 6 air = 779,6939 kg/jam F 4 asam akrilat = F 6 asam akrilat = 947,7038 kg/jam F 4 asam asetat = F 5 asam asetat = 803,53 kg/jam Neraca Massa Total : F 4 = F 5 + F 6 F 4 = (F 4 oksigen +F 4 nitrogen+ F 4 karbondioksida +F 4 akrolein +F 4 air+f 4 asam akrilat +F 4 asam asetat) F 4 = 638,60008 kg/jam F 5 = F 5 oksigen + F 5 nitrogen + F 5 karbondioksida = 457,5396 kg/jam F 6 = F 6 asam asetat + F 6 asam akrilat + F 6 air + F 6 akrolein =,067 kg/jam F 6 + F 6 = 457,5396 +,067 = 638,60008 kg/jam

6 LA.5 Mixing Point II (M-0) Produk dari reaktor I dicampur terlebih dahulu dengan udara pada M-0 sebelum diumpankan ke R-0. Neraca Massa Komponen : F 8 akrolein = F 7 akrolein =F 0 akrolein = 9640,50 kg/jam F 8 asam akrilat = F 7 asam akrilat =F 0 asam akrilat = 947,7038 kg/jam F 8 asam asetat = F 7 asam asetat = F 0 asam asetat = 803,53 kg/jam F 8 air = F 7 air = 779,6939 kg/jam F 8 oksigen F 8 nitrogen Neraca Massa Total : F 7 + F 7 = F 8 F 8 F 8 F 8 F 7 = F 6 F 7 F 7 + F 7 = 300 kg/jam = 0533,33 kg/jam = F 8 akrolein + F 8 asam akrilat + F 8 asam asetat + F 8 air + F 8 oksigen + F 8 nitrogen = (779, , , ,50 + ) kg/jam = 35854,3945 kg/jam =,067 kg/jam = F 8 oksigen + F 8 nitrogen = ( ,33) kg/jam = 3733,33 kg/jam = (, ,33 ) kg/jam = 35854,3945 kg/jam

7 LA.6 Reaktor Oksidasi II (R-0) R : C 3 H 4 O + ½ O C 3 H 4 O R : C 3 H 4 O +3/O C H 4 O + CO Konversi akrolein overall = 00 % Konversi membentuk asam akrilat = 97,5 % Konversi membentuk asam asetat =,5 % Basis = F 9 akrolein = 9640,50 kg/jam N akrolein = massa akrolein Mr akrolein 9640,50 kg 4 kg / kmol 7,45kmol r = konversi N akrolein = 0,975 7,455 = 67,849 kmol/jam r = konversi N akrolein = 0,05 7,455 = 4,303 kmol/jam Reaksi yang terjadi di dalam reaktor : R C 3 H 4 O (g) + /O (g) C 3 H 4 O (g) M 7, B 67,849 83,9 67,849 S 4,3036 6,079 67,849 R C 3 H 4 O (g) + 3/O (g) C H 4 O (g) + CO (g) M 4,3036 6, B 4,3036 6,4554 4,3036 4,3036 S - 9,635 4,3036 4,3036

8 Dimana : M = jumlah mol senyawa mula-mula (kmol) B = jumlah mol senyawa yang bereaksi (kmol) S = jumlah mol senyawa sisa setelah reaksi selesai (kmol) Neraca Massa Komponen : F 9 akrolein = F 8 akrolein N 0 akrolein = 9640,50 kg/jam F 9 asam akrilat = F 8 asam akrilat = 947,7038 kg/jam F 9 asam asetat= F 8 asam asetat = 803,53 kg/jam F 9 air = F 0 air = F 8 air = 779,6939 kg/jam F 9 oksigen = F 8 oksigen = 300 kg/jam F 9 nitrogen = F 0 nitrogen = F 8 nitrogen = 0533,33 kg/jam F 0 asam akrilat = N 0 asam akrilat Mr = 94, = 403,3 kg/jam F 0 asam asetat = N 0 asam asetat Mr = 5, = 306,73 kg/jam F 0 air =779,6939 kg/jam F 0 karbondioksida = N 0 karbondioksida Mr = 4, = 89,3600 kg/jam F 0 oksigen = N 0 oksigen Mr = 9,636 3 = 307,9549 kg/jam F 0 nitrogen = 0533,33 kg/jam Neraca Massa Total : F 9 = (F 9 akrolein + F 9 asam akrilat+ F 9 asam asetat + F 9 air + F 9 nitrogen+ F 9 oksigen ) F 9 = (9640, , , , ,33) kg/jam = 35854,3945 kg/jam F 0 = ( F 0 asam akrilat+ F 0 asam asetat + F 0 air + F 0 nitrogen+ F 0 oksigen + F 0 karbondioksida ) = (403, , , , , ,3600) kg/jam = 35854,3945 kg/jam

9 LA.7 Knock Out Drum II (SP-0) Berfungsi untuk memisahkan komponen berdasarkan parameter dan fraksi split yang diinginkan. Pada dasarnya, sebelum memasuki separator stream sudah terdiri dari dua fase, tetapi pada keadaan saturatednya, maka setiap komponen dapat dipisahkan semuanya atau hanya sebagian saja. Neraca Massa Komponen : F oksigen = F oksigen = F 9 oksigen = 307,9549 kg/jam F nitrogen = F nitrogen = F 9 nitrogen = 0533,33 kg/jam F karbondioksida = F karbondioksida = F 9 karbondioksida = 89,3600kg/jam F air = F 3 air = F 9 air = 779,6939 kg/jam F asam akrilat = F 3 asam akrilat = F 9 asam akrilat = 403,3 kg/jam F asam asetat = F 3 asam asetat = F 9 asam asetat = 306,73 kg/jam Neraca Massa Total : F = F + F 3 F = (F oksigen +F nitrogen+ F karbondioksida +F air+f asam akrilat +F asam asetat) F = 35854,3945 kg/jam F = F oksigen + F nitrogen + F karbondioksida = (307, , ,3600) kg/jam = 030,6483 kg/jam F 3 = (F 3 air + F 3 asam akrilat + F 3 asam asetat) F 3 = (779, , ,73) kg/jam = 483,746 kg/jam F + F 3 = (030, ,746) kg/jam = 35854,3945 kg/jam

10 LA.8 Kolom Destilasi (D-0) Fungsi : Untuk memisahkan C 3 H 4 O (asam akrilat) dari C H 4 O (asam asetat) dan air (H O) berdasarkan perbedaan titik didih. Dimana : Titik didih senyawa pada keadaan tekanan atm (0, 35 kpa ; 760 mmhg) Asam Akrilat (C 3 H 4 O ) : 4 o C Air (H O) : 00 o C Asam Asetat (C H 4 O ) : 8, o C Asam Akrilat Asam Asetat Air Asam Akrilat Asam Asetat Air Asam Akrilat Asam Asetat Analisa derajat kebebasan adalah : Banyaknya : - variabel alur 8 - persamaan neraca TTSL (3 komponen) 3 - alur yang terspesifikasi - hubungan pembantu 3-8 Derajat kebebasan 0 Maka neraca massa pada destilasi (D-0) Penentuan Titik Didih Umpan Titik didih umpan masuk ke kolom destilasi Trial T = 7,85 o C = 39,0 K Asumsi : Tekanan (P) = atm = 0,35 kpa (Perry, 997) Tekanan uap masing masing komponen, dapat dihitung dengan persamaan Antoine o B F ln P (kpa) = A + + DlnT + ET T + C

11 Keterangan : P o A,B,C,D,E T = tekanan uap murni komponen (kpa) = konstanta Antoine = temperatur (K) Tabel LA. Konstanta Antoine Komponen Komponen Konstanta Antoine A B C D E F Air 75,64-7,5E ,30E+00 4,6E-06,00E+00 Asam Asetat 53,7-6,30E ,9E+00 8,88E-8 6,00E+00 Asam Akrilat 46,75-6,58E ,E+00 5,E-07 6,00E+00 (Perry, 997) Diasumsikan cairan ideal, sehingga mengikuti hukum Roult Dalton y.p i t = x i. t P o o P yi = x P i = k.x i (Smith, 00) Ditrial T sehingga yi = Tabel LA. Trial Titik Didih Umpan Kolom Destilasi Komponen Fi, kmol/jam Xi ln P o P o, kpa yi H O 48,9508 0,6357,7 75,470 0,643 C H 4 O (LK) 5,089 0,0756 0, ,9 0,069 C 3 H 4 O (HK) 94,8367 0,887 9,544 3,554 0,6657 Σ 674,864,0000 0,9993 Dipilih Light Key Component = C H 4 O Dipilih Heavy Key Component = C 3 H 4 O Karena yi = maka titik didih umpan adalah 7,85 o C T umpan = 7,85 o C = 39,0 K Penentuan titik embun dan titik gelembung bottom

12 Tabel LA.3 Laju Alir Setiap Alur Komponen kg/jam Umpan Destilat Bottom kmol/ jam kg/jam kmol/ jam kg/jam kmol/ H O 779, , , ,9508 0,0000 0,0000 C H 4 O 306,734 5, ,4 50,7737 5,3087 0,55 C 3 H 4 O 403,00 94, ,85, ,68 9, , , , , , ,95 jam Penentuan Titik Embun Destilat dan Titik Gelembung Bottom Penentuan titik embun destilat T = 94 o C = 37,0 K Asumsi : Tekanan (P) = 0,9 atm = 9,3 kpa Tabel LA.4 Trial Titik Embun Destilat Kolom Destilasi Komponen Di, kmol/jam Yi H O 48, P i o K=P i o /Pt α yi/α xi , ,086 LK C H 4 O 50, , HK C 3 H 4 O, ,090 0,0448, ,6743,0000 0,0448,0000 Harga Kc perhitungan harga Kc pada 94 o C (dew point) Penentuan titik gelembung bottom (bubble point) T = 44,75 o C = 387 K Asumsi : Tekanan (P) =, atm =,350 kp

13 Tabel LA.5 Trial Titik Gelembung Bottom Kolom Destilasi Komponen Lk C H 4 O Hk C 3 H 4 O Bi, kmol/ Jam xi P i o K=P i o / Pt αixi Α yi 0,55` E-04 5,37,970 0,000, ,999,33 0,9999 0,9999, ,000,000,0000 Kc = / αxi = /,008 = 0,9999 Harga Kc perhitungan harga Kc pada 44,75 o C (bubble point) Cek Pemilihan LK dan HK Dicek apakah komponen terdistribusi atau tidak dengan persamaan Shiras α - X DK. αlk - Z F F Dengan : D α - F α - i lkd lk i. lkf lk X Z hkd hkf D F (Walas, 988) DK = nilai yang menunjukkan komponen terdistribusi atau tidak αi = relative volatility komponen i terhadap komponen heavy key αlk = relative volatility komponen light key terhadap komponen heavy key XlkD = fraksi mol komponen light key di distilat XlkF = fraksi mol komponen light key di umpan D = jumlah distilat, kmol/jam F = jumlah umpan, kmol/jam XhkD = fraksi mol komponen heavy key di distilat XhkF = fraksi mol komponen heavy key di umpan Ki = koefisien aktivitas komponen i Khk = koefisien aktivitas komponen heavy key engan batasan DK untuk komponen terdistribusi adalah 0,0 < DK < 0,99 dan tidak terdistribusi apabila DK < -0,0 atau DK >,0 XlkD. D = 5,573 ZlkF. F = 5,089 XhkD. D = 0,0963 ZhkF. F = 94,8889

14 Tabel LA.6 Cek Pemilihan LK dan HK Komponen Zi αd αb Α avg F F DK H O 0, , 0,0000 3,743 9,3484-0,040 9,3344 C H 4 O 0,0756,469,97,084,004 0,0000,004 C 3 H 4 O 0,888,0000,0000,44 0,3830 0,0003 0,3833 Dari hasil perhitungan di atas, pemilihan light key dan heavy key sudah benar LA.9 Kondensor (CD-0) Untuk menurunkan temperatur destilat yang berasal dari kolom destilasi serta mengubah fasanya menjadi cair. Analisa derajat kebebasan adalah : Banyaknya : - variabel alur 9 - persamaan neraca TTSL (3 komponen) 3 - alur yang terspesifikasi 3 - hubungan pembantu 3-9 Derajat kebebasan 0 Maka neraca massa pada kondensor (CD-0) Mengitung laju refluks destilat (R) : Laju refluks destilat dihitung menggunakan metode Underwood : α α i X i i F - θ = - q α i X i D = Rm + α - θ i (Geankoplis, 997)

15 Karena umpan dimasukkan di kondensor adalah zat cair jenuh, maka q = sehingga ix i F 0 - i Dengan cara trial dan eror didapat θ Trial θ =,7648 Tabel LA.7 Omega Poin Destilasi ix i Komponen X if αi F X id - H O ,743 0,678 0,8936 0,9445 C H 4 O ,084 0,4933 0,06 0,698 C 3 H 4 O 0.888,44 -,650 0,000-0,0008 Total,0000 0,000,0000,6373 i ix i D - i Maka: R m + =,6373 R m = 0,6373 R D =,5 x Rm (Geankoplis, 997) R D =,5 x 0,6373= 0,9560 Refluks Destilat : L D = R D x D (McCabe, 999) L D = 0,9560x 48,6734 kmol/jam L D = 460,4788 kmol/jam V D = L D + D V D = 460,4788 kmol/jam + 48,6734 kmol/jam V D = 94,5 kmol/jam Komposisi komponen keluar kondensor sebagai destilat : Alur 30 (D)

16 Tabel LA.8 Komposisi Komponen Destilat Komponen BM kmol/jam fr mol H O 8,0 48,9508 0,8936 C H 4 O 60 50,7737 0,06 C 3 H 4 O 7,9489 0,000 48,6734,0000 Komposisi H O : X 30 HO = X Vd HO = X Ld HO = 0,89036 C H 4 O : X 30 CH4O = X Vd CH4O = X Ld CH4O = 0,06 C 3 H 4 O : X 30 C3H4O = X Vd C3H4O = X Ld C3H4O = 0,000 Alur 8 (V D ) Total : N 8 = N 9 + N 30 N 8 HO N 8 CH4O N 8 C3H4O Alur 9 (L D ) Total : N 9 = N 8 N 30 N 9 HO N 9 CH4O N 9 C3H4O = 94,5 kmol/jam = 0,89036 x 94,5 kmol/jam = 84,907 kmol/jam = 0,06 x 94,5 kmol/jam = 00,0566 kmol/jam = 0,000 x 94,5 kmol/jam = 0,884 kmol/jam = 460,4788 kmol/jam = 0,89036 x 460,4788 kmol/jam = 4,4838 kmol/jam = 0,06 x 460,4788 kmol/jam = 48,908 kmol/jam = 0,000 x 460,4788 kmol/jam = 0,09 kmol/jam

17 Tabel LA.9 Neraca Massa Kondensor (CD-0) V D L D D Komponen kmol/ kmol/ kmol/ kg/jam kg/jam kg/jam jam jam jam H O 554,398 84, ,7090 4, , ,9508 C H 4 O 6003, , ,707 48, ,48 50,773 C 3 H 4 O 3,5670 0,884 6,6309 0,09 40,3,949 7,906 94,5 0347, , , ,6734 LA.0 Reboiler (RB-0) Untuk menaikkan temperatur campuran sampai ke titik didihnya sebelum dimasukkan ke kolom destilasi. Analisa derajat kebebasan adalah : Banyaknya : - variabel alur 6 - persamaan neraca TTSL ( komponen) - alur yang terspesifikasi - hubungan pembantu -6 Derajat kebebasan 0 Maka neraca massa pada reboiler (RB-0) : Berdasarkan Geankoplis (997), untuk kondisi umpan masuk dalam keadaan bubble point (cair jenuh) sehingga q = V D V D L B = V B + (-q) F = V B = 94,5 kmol/jam = V B + B

18 L B L B = 94,5 kmol/jam + 93,95 kmol/jam = 35,3473 kmol/jam Alur 34 (B) Tabel LA.0 Komposisi Komponen Bottom Komponen BM kmol/jam fr mol C H 4 O 60 0,55 0,000 C 3 H 4 O 7 9,94 0, ,95,0000 Komposisi : C H 4 O : X 34 CH4O = X Vb CH4O = X Lb CH4O = 0,000 C 3 H 4 O : X 34 C3H4O = X Vb C3H4O = X Lb C3H4O = 0,9999 Alur 3 (L B ) Total : N 3 = N 33 + N 34 N 3 CH4O N 3 C3H4O Alur 33 (V B ) Total : N 33 = N 3 N 34 N 33 CH4O N 33 C3H4O = 35,3473 kmol/jam = 0,000 x 35,3473 kmol/jam = 0,35 kmol/jam = 0,9999 x 35,3473 kmol/jam = 35,33 kg/jam = 94,0580 kmol/jam = 0,000 x 94,0580 kmol/jam = 0,094 kmol/jam = 0,9999 x 94,0580 kmol/jam = 94,5 kmol/jam

19 Tabel LA. Neraca Massa Reboiler (RB-0) V B L B B Komponen kmol/ kmol/ kmol/ kg/jam kg/jam kg/jam jam jam jam C H 4 O 5,659 0,094 6,8 0,35 5,3087 0,55 C 3 H 4 O 6788,75 94, , ,33 389,96 9, , , , , ,95 LA. Kolom Destilasi II (D-0) Fungsi : Untuk memisahkan C H 4 O (asam asetat) dari C 3 H 4 O (asam akrilat) dan air (H O) berdasarkan perbedaan titik didih. Dimana : Titik didih senyawa pada keadaan tekanan atm (0, 35 kpa ; 760 mmhg) Asam Akrilat (C 3 H 4 O ) : 4 o C Air (H O) : 00 o C Asam Asetat (C H 4 O ) : 8, o C Asam Akrilat Asam Asetat Air Asam Akrilat Asam Asetat Air Asam Akrilat Asam Asetat Air Analisa derajat kebebasan adalah : Banyaknya : - variabel alur 8

20 - persamaan neraca TTSL (3 komponen) 3 - alur yang terspesifikasi - hubungan pembantu 3-8 Derajat kebebasan 0 Maka neraca massa pada destilasi (MD-0) Penentuan Titik Didih Umpan Titik didih umpan masuk ke kolom destilasi Trial T = 95, o C = 368,35 K Asumsi : Tekanan (P) = 0,9 atm = 9,5 kpa Tekanan uap masing masing komponen, dapat dihitung dengan persamaan Antoine o B F ln P (kpa) = A + + DlnT + ET (Perry, 997) T + C Keterangan : P o A,B,C,D,E T = tekanan uap murni komponen (kpa) = konstanta Antoine = temperatur (K) Tabel LA. Konstanta Antoine Komponen Komponen Konstanta Antoine A B C D E F Air Asam Asetat Asam Akrilat 75,64 53,7 46,75-7,5E+03-6,30E+03-6,58E ,30E+00-4,9E+00-3,E+00 4,6E-06 8,88E-8 5,E-07,00E+00 6,00E+00 6,00E+00 (Perry, 997) Diasumsikan cairan ideal, sehingga mengikuti hukum Roult Dalton y.p i t = x Ditrial T sehingga yi = i. t P o o P yi = x P i = k.x i (Smith, 00)

21 Tabel LA.3 Trial Titik Didih Umpan Kolom Destilasi Komponen Fi, Xi ln P o P o, kpa yi kmol/jam H O (LK) C H 4 O (HK) C 3 H 4 O 49,474 50,7737,9489 0,7905 0,053 0,0040,537 0,937 0, , ,98,596 0,8 0,78 0,066 Σ 48,50,0000,0006 Dipilih Light Key Component = H O Dipilih Heavy Key Component = C H 4 O Karena yi = maka titik didih umpan adalah 99,67 o C T umpan = 99,67 o C = 37,8 K Penentuan titik embun dan titik gelembung bottom Tabel LA.4 Laju Alir Setiap Alur Umpan Destilat Bottom Komponen kg/jam kmol/ jam kg/jam kmol/ jam kg/jam kmol/ jam C 3 H 4 O 779,6939, ,300,9489 0,0000 0,0000 H O 3046,48 49, , ,803 38,6485,47 C H 4 O 40,300 50, ,464 0, , , , , ,897 49, ,6070 5,43 Penentuan Titik Embun Destilat dan Titik Gelembung Bottom Penentuan titik embun destilat T = 94,33 o C = 367,48 K

22 Asumsi : Tekanan (P) = 0,9 atm = 9,3 kpa Tabel LA.5 Trial Titik Embun Destilat Kolom Destilasi Komponen Di, kmol/jam Yi C 3 H 4 O,9489 0,0045 P i o K=P i o /Pt α yi/α xi 9,700 0,375 0,449 0,009 0,09 LK H O 47,803 0,9943 8,47,057,7747 0,560 0,9788 HK C H 4 O 0,5077 0,00 46,4454 0,573,000 0,00 0,00 49,7369,0000 0,574,0000 Harga Kc perhitungan harga Kc pada 94,33 o C (dew point) Penentuan titik gelembung bottom (bubble point) T = 6,85 o C = 390 K Asumsi : Tekanan (P) = atm = 0,350 kpa Tabel LA.6 Trial Titik Gelembung Bottom Kolom Destilasi Komponen Lk H O Hk C H 4 O Bi, kmol/ Jam xi P i o K=P i o / Pt αixi Α yi,47 0,04 79,30,769 0,075,8339 0,076 50,660 0,959 97,779 0,9647 0,9590,0000 0,974 5,43,000,034,0000 Kc = / αxi = /,008 = 0,9670 Harga Kc perhitungan harga Kc pada 6,85 o C (bubble point) Cek Pemilihan LK dan HK Dicek apakah komponen terdistribusi atau tidak dengan persamaan Shiras α DK α i lkd lk i. lk - X. - Z F F lkf D α - F α - lk X Z hkd hkf D F (Walas, 988)

23 Dengan : DK = nilai yang menunjukkan komponen terdistribusi atau tidak αi = relative volatility komponen i terhadap komponen heavy key αlk = relative volatility komponen light key terhadap komponen heavy key XlkD = fraksi mol komponen light key di distilat XlkF = fraksi mol komponen light key di umpan D = jumlah distilat, kmol/jam F = jumlah umpan, kmol/jam XhkD = fraksi mol komponen heavy key di distilat XhkF = fraksi mol komponen heavy key di umpan Ki = koefisien aktivitas komponen i Khk = koefisien aktivitas komponen heavy key engan batasan DK untuk komponen terdistribusi adalah 0,0 < DK < 0,99 dan tidak terdistribusi apabila DK < -0,0 atau DK >,0 XlkD. D = 47,803 ZlkF. F = 49,474 XhkD. D = 0,5077 ZhkF. F = 50,7737 Tabel LA.7 Cek Pemilihan LK dan HK Komponen Zi αd αb Α avg F F DK C 3 H 4 O 0,0040 0,449 0,0000 0,074-0,9805 0,099-0,9606 H O 0,8907,7747,8339,8043 0,9950 0,0000 0,9950 C H 4 O 0,053,0000,0000,0000 0,0000 0,000 0,000 Dari hasil perhitungan di atas, pemilihan light key dan heavy key sudah benar. LA. Kondensor (CD-0) Untuk menurunkan temperatur destilat yang berasal dari kolom destilasi serta mengubah fasanya menjadi cair.

24 Analisa derajat kebebasan adalah : Banyaknya : - variabel alur 9 - persamaan neraca TTSL (3 komponen) 3 - alur yang terspesifikasi 3 - hubungan pembantu 3-9 Derajat kebebasan 0 Maka neraca massa pada kondensor (CD-0) Mengitung laju refluks destilat (R) : Laju refluks destilat dihitung menggunakan metode Underwood : α i X i F = - q α i - θ (Geankoplis, 997) α i X i D = Rm + α i - θ Karena umpan dimasukkan di kondensor adalah zat cair jenuh, maka q = sehingga ix i F 0 - i Dengan cara trial dan eror didapat θ Trial θ =,0495 Tabel LA.8 Omega Poin Destilasi ix i Komponen X if αi F X ix i D id - - H O 0,0040 0,074-0,000 0,0045-0,00 C H 4 O 0,8907,8043,90 0,9943,3768 C 3 H 4 O 0,053,0000 -,80 0,00-0,039 Total,0000 0,000,0000,3756 Maka: R m + =,3756 R m =,3756 R D =,5 x Rm (Geankoplis, 997) R D =,5 x,3756 =,0634 i i

25 Refluks Destilat : L D = R D x D (McCabe, 999) L D =,0634x 49,7369 kmol/jam L D = 886,7405 kmol/jam V D = L D + D V D = 886,7405 kmol/jam + 49,7369 kmol/jam V D = 36,477 kmol/jam Komposisi komponen keluar kondensor sebagai destilat : Alur 37 (D) Tabel LA.9 Komposisi Komponen Destilat Komponen BM kmol/jam fr mol H O 8,0 47,803 0,9943 C H 4 O 60 0,5077 0,00 C 3 H 4 O 7,9489 0, ,7369,0000 Komposisi H O : X 30 HO = X Vd HO = X Ld HO = 0,9943 C H 4 O : X 30 CH4O = X Vd CH4O = X Ld CH4O = 0,00 C 3 H 4 O : X 30 C3H4O = X Vd C3H4O = X Ld C3H4O = 0,0045 Alur 35 (V D ) Total : N 35 = N 36 + N 37 N 35 HO N 35 CH4O N 35 C3H4O Alur 36 (L D ) Total : N 36 = N 35 N 37 N 36 HO = 36,477 kmol/jam = 0,9943 x 36,477 kmol/jam = 308,956 kmol/jam = 0,00 x 36,477 kmol/jam =,5554 kmol/jam = 0,0045 x 36,477 kmol/jam = 5,9703 kmol/jam = 886,7405 kmol/jam = 0,9943 x 886,7405 kmol/jam

26 N 36 CH4O N 36 C3H4O = 88,673 kmol/jam = 0,00 x 886,7405 kmol/jam =,0477mol/jam = 0,0045 x 886,7405 kmol/jam = 4,04 kmol/jam Tabel LA.0 Neraca Massa Kondensor (CD-0) V D L D D Komponen kmol/ kmol/ kmol/ kg/jam kg/jam kg/jam jam jam jam C 3 H 4 O 07,4658 5,9703 7,3858 4,04 40,300,9489 H O 78537, , ,806 88, , ,803 C H 4 O,9907, ,4337, ,464 0, , , ,00 886, ,897 49,7369 LA.3 Reboiler (RB-0) Untuk menaikkan temperatur campuran sampai ke titik didihnya sebelum dimasukkan ke kolom destilasi. Analisa derajat kebebasan adalah : Banyaknya : - variabel alur 6 - persamaan neraca TTSL ( komponen) - alur yang terspesifikasi - hubungan pembantu -6 Derajat kebebasan 0

27 Maka neraca massa pada reboiler (RB-0) : Berdasarkan Geankoplis (997), untuk kondisi umpan masuk dalam keadaan bubble point (cair jenuh) sehingga q = V D V D L B L B L B = V B + (-q) F = V B = 36,4774 kmol/jam = V B + B = 36,4774 kmol/jam + 5,43kmol/jam = 368,8905 kmol/jam Alur 40 (B) Tabel LA. Komposisi Komponen Bottom Komponen BM kmol/jam fr mol H O 8,47 0,040 C H 4 O 60 50,660 0,9590 5,43,0000 Komposisi : H O : X 40 HO = X Vb HO = X Lb HO = 0,040 C H 4 O : X 40 CH4O = X Vb CH4O = X Lb CH4O = 0,9590 Alur 38 (L B ) Total : N 38 = N 39 + N 40 = 368,8905 kmol/jam N 38 HO N 38 CH4O Alur 39 (V B ) Total : N 39 = N 38 N 40 = 0,040 x 368,8905 kmol/jam = 56,0775 kmol/jam = 0,9590 x368,8905 kmol/jam = 3,83 kmol/jam = 36,4774 kmol/jam N 39 HO = 0,004 x 36,4774 = 53,9304 kmol/jam N 39 CH4O = 0,9590 x 36,4774kmol/jam = 6,547 kmol/jam

28 Tabel LA. Neraca Massa Reboiler (RB-0) L B V B B Komponen kmol/ kmol/ kmol/ kg/jam kg/jam kg/jam jam jam jam H O 3364, , ,8 53, ,6485,47 C H 4 O 945,5376 3, ,3873 6, , , , , ,084 36, ,6070 5,43

29 LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA PANAS Basis Perhitungan : jam operasi Satuan Operasi : kj/jam Temperatur Referensi : 5 o C = 98,5 K Kapasitas : ton/tahun Neraca panas ini menggunakan rumus-rumus perhitungan sebagai berikut: Persamaan untuk menghitung kapasitas panas (Reklaitis, 983): Cp = a + bt + ct + dt 3 Jika Cp adalah fungsi dari temperatur maka persamaan menjadi: T T CpdT a( T b T ) ( T T c ) ( T 3 3 T 3 d ) ( T 4 Untuk sistem yang melibatkan perubahan fasa persamaan yang digunakan adalah: T CpdT CpdT H VI T T T b T Tb Cp Perhitungan energi untuk sistem yang melibatkan reaksi: v dt 4 T 4 ) dq dt rh r ( T ) N T T CpdT out N T T CpdT in B. Data Perhitungan Cp Tabel LB. Nilai Konstanta a,b,c,d dan e untuk perhitungan Cp gas Komponen a (0 ) b (0 - ) c (0-4 ) d (0-7 ) e (0 - ) Asam Asetat (CH 3 COOH) ,077E-07 9,46E- Asam Akrilat (C 3 H 4 O ) ,044E-08 0,90E- Propilen (C 3 H 6 ) 3,900 0,074 0,000,58E-07 6,9E- Akrolein (C 3 H 4 O),9700 0,06-0,000 0,906E07 65,9E- Oksigen (O ) 9,9883-0,04 0,43E-4 0,370E-07,0E- Nitrogen (N ) 9,4-0,0030 5,45E-6 5,3E E- Air (H O) 34,047-0,0097 0,3E-4 0,0E-07 4,3E- Karbondioksida (CO ) 9,03 0,0796-7,37E-5 3,74E-08-6,E- (Reklaitis, 983 dan Yaws, C.L. 998) \

30 C pg = a + bt + ct + dt 3 + et 4 [J/mol. K] T T Cp g dt a( T b T ) ( T T c ) ( T T d ) ( T T e ) ( T T ) Tabel LB. Nilai Konstanta a,b,c,dan d untuk perhitungan Cp cairan Komponen a (0 ) b (0 - ) c (0-3 ) d (0-6 ) Asam Asetat (CH 3 COOH) -8,944,097-0,009,97E-06 Asam Akrilat (C 3 H 4 O ) 84,540 0,590 0,004,79E-06 Propilen (C 3 H 6 ) 54,780 0,345-0,006 3,875E-06 Akrolein (C 3 H 4 O) 7,6660 0,3544-0,00,764E-06 Air(H O) 8,96 0,47-0,003 0,34E-06 (Reklaitis, 983 dan Yaws, C.L. 998) Cp = a + bt + ct + dt 3 [J/mol K] T T CpdT a( T b T ) ( T T Tabel LB.3 Data Panas Laten c ) ( T 3 3 T 3 d ) ( T 4 4 T Komponen titik didih(k) Panas laten (KJ/mol) Asam Asetat (CH 3 COOH) 39,05 4,3 Asam Akrilat (C 3 H 4 O ) 44 45,67 Akrolein (C 3 H 4 O) 35,6 8, Air(H O) ,65 (Anonim, 0 a ; Reklaitis, 983) 4 ) B. Panas Pembentukan Standar Tabel LB.4 Data Panas Pembentukan Standar Komponen H o f (Kj/kgmol) Asam Asetat (CH 3 COOH) -43,3000 Asam Akrilat (C 3 H 4 O ) Propilen (C 3 H 6 ) Akrolein (C 3 H 4 O) Karbondioksida (CO ) -394 Nitrogen (N ),7639 Air (H O) -86 Sumber : (Reklaitis, 983; Yaws, 993)

31 LB. Heater (E-0) Suhu reaksi pada reaktor R-0 adalah 355 o C. Sedangkan campuran gas propilen, oksigen, nitrogen dan air memiliki suhu 7.5 o C sehingga gas tersebut harus dipanaskan terlebih dahulu pada heater (E-0) sebelum diumpankan kedalam reaktor (R-0) dari 7.5 o C hingga menjadi 355 o C. Neraca panas masuk Heater (T=7,5 0 C=344,5K) Q in =N 8 344,5 oksigen CpgdT +N 8 nitrogen +N 8 propilen 98,5 344,5 CpgdT + N 8 air 98,5 344,5 CpldT 98,5 = (36,505 x 405,86 )+ (45,9 x 309,9) + (83,5054 x 3759,675) = ,4 kj/jam Neraca panas keluar Heater (T=355=68K 0 C) Q out =N 9 oksigen 68 98,5 BP ( CpldT 98,5 CpgdT +N 9 nitrogen 68 + ΔHvl + CpgdT) BP CpgdT +N 9 propilen CpgdT + N 9 air 98,5 98,5 = 36,505 x 9989, x ,9 x 7793, ,5054 x (8907, , + 567,34) = kj/jam Panas yang dibutuhkan (Qs): Q S = Q out - Q in = kj/jam , kj/jam = ,48 kj/jam Medium pemanas yang digunakan adalah superheated steam.

32 Massa superheated steam (400 o C) yang diperlukan adalah: m = = dq / dt Hs Hl ,78 63,9 = 4367,60 kg/jam LB. Reaktor Oksidasi I (R-0) Suhu reaksi pada reaktor R-0 adalah 355 o C (68 K). Neraca panas masuk Reaktor (T=355 0 C=68K) Q in =N 9 68 oksigen CpgdT +N 9 nitrogen 98,5 68 CpgdT +N 9 propilen 98, ,5 BP CpgdT + N 9 air( CpldT 68 + ΔHvl + CpgdT) BP = (36,505 x 9989,304) + (360 x 9840) + (45,9 x 7793,937)+ 83,5054 x (40656, + 567, ,396) = ,6 kj/jam 98,5 Neraca panas keluar Reaktor (T=355 0 C=68K) Q out =N 0 oksigen 68 98,5 CpgdT +N 0 nitrogen 68 98,5 BP CpgdT +N 0 akrolein( CpldT 98,5 + ΔHvl 68 BP BP CpgdT) + N 0 asam asetat ( CpldT 98, ΔHvl + CpgdT) N 0 karbondioksida BP

33 68 98,5 BP CpgdT + N 0 air( CpldT 98, ΔHvl + CpgdT) + N 0 BP asam akrilat ( CpldT BP 98, ΔHvl + CpgdT) BP = (3,969 x 9989,304 )+ (359,9498 x 9840) + 7,45 x( 578, ,67) + 46,75 x ( 0367, ,7 +607,06) + (46,75 x 439,73) + 7,0544 x(4349, , ,4) = ,38 kj/jam Reaksi di dalam Reaktor Oksidasi: R : C 3 H 6(g) + O (g) C 3 H 4 O (g) + H O (g) N Panas reaksi pada keadaan standar reaksi : H o r,98,k X σ 45,9 (0,7) C3H6 C3H6 r 7,455 kmol/jam = [ H o f produk- H o f reaktan] = [(H o f C 3 H 4 O + H o f H O) (H o f: C 3 H 6 + H o f O ] = [ (-70, ) ((0,479+0))] = - 377kJ/mol = kj/kmol Panas reaksi pada 355 o C (68 K) 333,5 H o r68k = H o r,98,5k + σ s CpdT 98,5 = Hr(5 o C)+ 68 Cp akrolein dt + 98,5 68 Cp air dt - 98,5 68 Cp O dt - 98,5 68 Cp propilen 98,5 dt = ( ,99) kj/kmol = ,76 kj/kmol Panas reaksi total (H r tot ) :

34 H r tot = (r x H r ) = ( 7, 455 x ,76) = ,7 kj/jam R : C 3 H 6(g) +3/O (g) C 3 H 4 O (g) + H O (g) r N C3H6 X C3H6 45,9 (0,) 7,0544 kmol/jam σ Panas reaksi pada keadaan standar reaksi : H o r,98,k = [ H o f produk- H o f reaktan] = [(H o f C 3 H 4 O + H o f H O) (H o f: C 3 H 6 + 3/H o f O ] = [ (-336,6-86) ((0,479+0))] = - 643kJ/mol = kj/kmol Panas reaksi pada 355 o C (68 K) 333,5 H o r68k = H o r,98,5k + σ s CpdT 98,5 = Hr(5 o C)+ 68 Cp 98,5 dt asamakrila t + 68 Cp air dt - 98,5 68 Cp dt O - 98,5 68 Cp propilen 98,5 dt = ( ,78) kj/kmol = -4940,66 kj/kmol Panas reaksi total (H r tot ) : H r tot = (r x H r ) = (7,0544 x -4940,66) = , kj/jam r R 3 : C 3 H 6(g) +5/ O (g) C H 4 O (g) + CO (g) + H O (g) N X σ 45,9 (0,9) C3H6 C3H6 3 46,75 kmol/jam

35 Panas reaksi pada keadaan standar reaksi : H o r,98,k = [ H o f produk- H o f reaktan] = [(H o f C H 4 O + H o f H O + H o f CO ) (H o f: C 3 H 6 + 5/H o f O ] = [ (-434, ) ((0,479+0))] = - 35kJ/mol = kj/kmol Panas reaksi pada 355 o C (68 K) 68 H o r68k = H o r,98,5k + σ s CpdT 98,5 = Hr(5 o C)+ 68 Cp asamasetat dt + 98,5 68 Cp air dt + 98, Cp CO dt - 98,5 Cp O dt - 98,5 = ( ,74) kj/kmol = ,5 kj/kmol Panas reaksi total (H r3 tot ) : H r3 tot = (r x H r3 ) = (46,75 x ,5) = ,09 kj/jam Maka, panas reaksi total : 68 Cp propilen 98,5 dt H r tot = H r + H r + H r3 = (-5093, , ,09) kj/jam = ,9 kj/jam Dengan demikian, selisih panas: dq dt dq dt ΔH r tot N T T CpdT out N T T CpdT ,9 kj/jam , ,6 kj/jam in

36 dq dt kj/jam Tanda Q negatif, berarti sistem melepas panas sebesar kj/jam. Data air pendingin yang digunakan: T masuk = 30 o C H = 7,43 kj/kg (Geankoplis, 003) T keluar = 60 o C H = 5,3 kj/kg (Geankoplis, 003) Air pendingin yang diperlukan adalah : Qtotal 0 H Air pendingin (30 C ) - H kJ/jam (7,43-5,3) kj/kg ,9kg/jam m (60 0 air pendingin C) LB.3 Heater (E-0) Suhu reaksi pada reaktor R-0 adalah 300 o C. Sedangkan suhu campuran antara keluaran knock out drum (akrolein, asam asetat, asam akrilat, air) dan udara (oksigen, nitrogen) adalah 44 o C sehingga gas tersebut harus dipanaskan terlebih dahulu pada heater (E-0) sebelum diumpankan kedalam reaktor (R-0) dari 44 o C hingga menjadi 300 o C. Neraca panas masuk Heater (T= 44 0 C=37 K)

37 37 Q in =N 8 oksigen CpdT + N 8 nitrogen 98,5 N 8 asam akrilat 37 98,5 CpdT + N 8 asam asetat 37 CpdT + N 8 air 98, ,5 CpdT 37 CpdT + N 8 akrolein + 98,5 = 00 x 560, ,9 x ,47 x 46,63 + 7,4 x 399,55 + 7,05 x 8093, ,75 x 47,87 = 64546,3 kj/jam Neraca panas keluar Heater (T=300 0 C=573K) Q out = N 9 oksigen ,5 CpgdT + N 9 nitrogen ,5 BP CpgdT + N 9 air ( CpldT + H VL + 98,5 573 BP BP CpgdT ) + N 9 akrolein ( CpldT 98, H VL + CpgdT ) + N 9 asam akrilat BP BP CpldT 98, H VL + CpgdT ) + N 9 BP asam asetat ( CpldT BP 98, H VL + CpgdT ) BP = (00 x 896,66 ) + (376,9 x 850) + 49,47 x ( ,33) + (7,4 x ( ,67)) + ((7,05 x (754, , ,4) + ((46,75 x (56, , ,066) = kj/jam Panas yang dibutuhkan (Qs): Q S = Q out - Q in = kj/jam ,3 kj/jam = ,59 kj/jam Medium pemanas yang digunakan adalah produk dari keluaran reaktor, dimana suhu keluaran reaktor C dan laju panasnya ,7 KJ/jam Panas yang keluar reaktor = Q out reactor Qs = KJ/jam ,59 KJ/jam = KJ/jam Menentukaan panas keluaran reaktor dari preheater

38 Panas keluaran reaktor dari preheter KJ/jam n C pmh (T 98,5) = KJ/jam T n C pmh (T 98,5) = 3,995 Kmol/jam Dengan metode iterasi diperoleh T = 6,8 0 C 98,5 Cp dt LB.4 Cooler (E-03) Suhu keluaran reaktor R-0 adalah 8 0 C. Sedangkan untuk memisahkan gas oksigen, nitrogen, dan karbondioksida dilakukan pada suhu 30 o C, sehingga keluaran reaktor R-0 tersebut harus didinginkan terlebih dahulu pada cooler sebelum diumpankan kedalam Vertical Knock Out Drums (FG-0) dari suhu 8 0 C hingga menjadi 8 o C. Oksigen Nitrogen Akrolein Asam Asetat Air Karbondioksida Asam Akrilat 6,8 0 C Oksigen Nitrogen Akrolein Asam Asetat Air Karbondioksida Asam Akrilat 30 o C Panas masuk cooler (T =6,8 0 C=389K) Q in = N 3 39 oksigen CpgdT + N 3 nitrogen 98, ,5 BP CpgdT + N 3 air ( CpldT + H VL + 98,5 39 BP BP CpgdT + N 3 akrolein ( CpldT 98, H VL + CpgdT ) + N 3 asam akrilat BP BP ( CpldT 98,5 = ,7 kj/jam + N BP asam asetat ( CpldT 98, H VL + CpgdT ) BP

39 Panas keluar cooler (30 o C=303K) Q out = N 4 30 oksigen 98 CpgdT + N 4 30 nitrogen CpgdT + N 4 30 akrolein CpldT + N 4 asamasetat CpldT + N 4 air CpldT + N 4 karbondioksida CpgdT + N 4 asam akrilat CpldT = 3,96 x 47, ,94 x ,4 x 65, ,75 x 645, ,47 x 374,65 +46,75 x 86, ,05 x 065,05 = 56667,7704 kj/jam 98 Qtotal = (56667, ,7) kj/jam Tanda Q negatif, berarti sistem melepas panas sebesar ,8 kj/jam. Data air pendingin yang digunakan: T masuk = 30 o C H = 7,43 KJ/Kg (Geankoplis, 003) T keluar = 40 o C H = 67,57 KJ/Kg (Geankoplis, 003) Air pendingin yang diperlukan adalah : Qtotal 0 H Air pendingin (30 C ) - H , 8 kj/jam (7,43-67,57) kj/kg ,69kg/jam m (40 0 air pendingin C) LB.5 Reaktor Oksidasi II (R-0) Suhu reaksi pada reaktor R-0 adalah 300 o C.

40 Neraca panas masuk Reaktor (T=300 0 C=573K) Q in = N oksigen CpgdT + N 9 nitrogen 98, ,5 BP CpgdT + N 9 air ( CpldT + H VL + 98,5 573 BP BP CpgdT + N 9 akrolein ( CpldT 98, H VL + CpgdT) + N 9 asam akrilat BP BP ( CpldT 98,5 573 H VL + CpgdT) + N 9 BP asam asetat ( CpldT BP 98, H VL + CpgdT) BP = (00 x 896,66 ) + (376,9 x 850) + 49,47 x ( ,33) + (7,4 x ( ,67)) + ((7,05 x (754, , ,4) + ((46,75 x (56, , ,066) = kj/jam Neraca panas keluar Reaktor (T=300 0 C=573K) Q out =N oksigen CpgdT + N 0 nitrogen 98, ,5 BP CpgdT + N 0 asam asetat( CpldT 98,5 + H VL BP CpgdT) + N 0 karbondioksida ,5 BP CpgdT + N 0 air( CpldT 98,5 + H VL BP BP CpgdT) + N 0 asam akrilat ( CpldT 98, H VL + CpgdT) BP = 9,6 x ,9 x ,0 x ( ,06) + 4,3 x 73,33 +49,47 x (649, , + 567,3) + 94,89 x (754, , ,4) kj/jam = ,98 kj/jam Reaksi di dalam Reaktor Oksidasi: R : C 3 H 4 O (g) + /O (g) C 3 H 4 O (g) + H O (g) r N Panas reaksi pada keadaan standar reaksi : H o r,98,k X σ 7,455 (0,975) C3H4O C3H4O = [ H o f produk- H o f reaktan] 67,84 kmol/jam

41 = [(H o f C 3 H 4 O ) (H o f C 3 H 4 O + H o f O ] = [ (-336,6) ((-70,87+0))] = - 65,34kJ/mol = kj/kmol Panas reaksi pada 300 o C (573 K) 573,5 H o r573k = H o r,98,5k + σ s CpdT 98,5 573 = Hr(5 o C)+ Cp 98,5 dt asamakrila t - = ( ) kj/kmol = J/kmol 573 Cp akrolein dt - 98,5 573 Cp O dt 98,5 Panas reaksi total (H r tot ) : H r tot = (r x H r ) = (67,84 x 0000) = kj/jam R : C 3 H 4 O (g)+3/o (g) C H 4 O (g) + CO (g) r N C3H4O X C3H4O 7,455 (0,05) σ Panas reaksi pada keadaan standar reaksi : H o r,98,k = [ H o f produk- H o f reaktan] = [(H o f C H 4 O + H o f CO ) (H o f: C 3 H 4 O + 3/H o f O ] = [ (-434, ) ((-70,87+0))] = kj/mol = kj/kmol Panas reaksi pada 300 o C (573 K) 573 H o r573k = H o r,98,5k + σ s CpdT 98,5 4,303 kmol/jam

42 573 = Hr(5 o C)+ Cp asamasetat dt + 98,5 573 Cp akrolein 98,5 dt = ( ) kj/kmol = kj/kmol Panas reaksi total (H r tot ) : H r tot = (r x H r ) = (4,3036 x ) = kj/jam Maka, panas reaksi total : 573 Cp dt CO - 98,5 573 Cp dt O - 98,5 H r tot = H r + H r = ( ) kj/jam = kj/jam Dengan demikian, selisih panas: dq dt dq dt ΔH r tot N T T CpdT out N T T CpdT kj kj/jam , kj/jam dq dt kJ/jam Tanda Q negatif, berarti sistem melepas panas sebesar kJ/jam. in Data air pendingin yang digunakan: T masuk = 8 o C H = 7,43 kj/kg (Geankoplis, 003) T keluar = 60 o C H = 5,3 kj/kg (Geankoplis, 003)

43 Air pendingin yang diperlukan adalah : H Qtotal 0 (30 C ) - H m (60 0 Air pendingin air pendingin kJ/jam (7,43-5,3) kj/kg 9574,4kg/jam C) LB.6 Heater (E-04) Suhu umpan masuk ke Unit Destilasi adalah 7,85 o C, sehingga umpan harus dipanaskan dulu hingga mencapai suhu umpan masuk destilasi. Air Asam Asetat Asam Akrilat (30 o C) Air Asam Asetat Asam Akrilat (7,85 o C) Panas Masuk (T=30 0 C=30 K): Q 4 = N 4 30 air 98 CpldT + N 4 30 asam asetat CpldT + N 4 30 asam akrilat CpldT = 49,47 x 4,75 + 5,0 x 386, ,89 x 33,58 = ,455 kj/jam Panas Keluar (T=7,85 = 390,85K) : Q 5 = N 5 BP air ( CpldT 98,5 390,85 + H VL + BP CpgdT) + N 5 asam asetat 390,85 98,5 CpldT + N 5 asam akrilat 390,85 CpldT 98,5 = 49,47 x (607,5+567, ,) + 5,0 x6387, ,89 x 46500,9

44 = ,56 kj/jam Q total = Q out - Q in = ( , ,455) kj/jam =987030, kj/jam Medium pemanas yang digunakan adalah superheated steam. Massa superheated steam (400 o C) yang diperlukan adalah: dq / dt m = Hs Hl , = 63,9 = 00 kg/jam LB.7 Cooler (E-05) Suhu keluaran reaktor R-0 adalah C. Sedangkan untuk memisahkan gas oksigen, nitrogen, dan karbondioksida dilakukan pada suhu 30 o C, sehingga keluaran reaktor R-0 tersebut harus didinginkan terlebih dahulu pada cooler sebelum diumpankan kedalam Vertical Knockiut Drums (FG-0) dari suhu C hingga menjadi 30 o C. Oksigen Nitrogen Asam Asetat Air Karbondioksida Asam Akrilat C Oksigen Nitrogen Asam Asetat Air Karbondioksida Asam Akrilat 30 o C Panas masuk cooler (T =300 0 C=573K) Panas masuk alur 0 = Panas keluar Reaktor II (R-0) 573 Q in =N 0 oksigen CpdT + N 0 nitrogen 98, ,5 BP CpdT + N 0 asam asetat( CpldT 98,5 + H VL +

45 573 BP CpgdT) + N 0 karbondioksida ,5 BP CpdT + N 0 air( CpldT 98,5 + H VL BP BP CpgdT) + N 0 asam akrilat ( CpldT 98, H VL + CpgdT) BP = 9,6 x ,9 x ,0 x ( ,06) + 4,3 x 73,33 +49,47 x (649, , + 567,3) + 94,89 x (754, , ,4) kj/jam = ,98 kj/jam Panas Keluar cooler (30 o C=303K) Q out = N 30 oksigen 98 CpgdT + N nitrogen CpgdT + N asam asetat CpldT 98 + N air CpldT + N karbondioksid CpgdT + N asam akrilat CpldT 98 = 9,63 x 47, ,9 x46 + 5,0 x 645, ,47 x 374, ,3 x 86, ,89 x 065,0554 = ,05 kj/jam Qtotal = (653304, ,98) kj/jam Tanda Q negatif, berarti sistem melepas panas sebesar ,93.kJ/jam. Data air pendingin yang digunakan: T masuk= 8 o C H = 7,3 kj/kg (Geankoplis, 003) T keluar= 60 o C H = 5,3 KJ/Kg (Geankoplis, 003) Air pendingin yang diperlukan adalah : Qtotal 0 H Air pendingin (60 C ) - H ,93 kj/jam (5,3-7,3) kj/kg 39080,87 kg/jam m (30 0 air pendingin C)

46 LB.8 Unit Destilasi I (D-0) Asam Akrilat Asam Asetat Air Asam Akrilat Asam Asetat Air Asam Akrilat Asam Asetat Air Panas Masuk : Panas yang masuk kondensor (V D ) pada T = 7,85 o C (390,85 K) Q 6 = N 6 asam akrilat 390,85 CpldT + N 6 asam asetat ,85 98 BP CpldT + ΔHvl + N 6 air( CpldT 98 + ΔHvl + 390,85 CpgdT ) BP = ,38 kj/jam Panas Refluks keluar kondensor (L D ) pada T = 94 o C (37,85 K) Q 8 = N 8 37,85 asam akrilat 98,5 CpldT + N 8 asam asetat 37,85 98,5 CpldT + N 8 air ( BP CpldT 98,5 + 37,85 ΔHvl + CpgdT ) BP = ,55 kj/jam Panas destilat keluar kondensor pada T = 94 o C (37,85 K) Q 9 = N 9 37,85 asam akrilat 98,5 CpldT + N 9 asam asetat 37,85 98,5 CpldT + N 9 air BP CpldT 98,5 +

47 37,85 ΔHvl + CpgdT BP = 06459, kj/jam Panas yang masuk reboiler (Lb) pada T = 7,85 o C (39,07 K) 39,07 Q in = N 30 asam akrilat 98,5 = ,55 kj/jam CpldT + N 30 asam asetat 39,07 98,5 CpldT Panas yang keluar reboiler (B) pada T = 44,75 o C (47,75 K) 47,75 Q out = N 30 asam akrilat 98,5 = 0347 kj/jam CpldT + N 30 asam asetat 47,75 98,5 CpldT Panas yang keluar reboiler (Vb) pada T = 44,75 o C (47,75 K) 47,75 Q out = N 30 asam akrilat 98,5 CpldT + ΔHvl + N 30 asam asetat BP CpldT 98,5 + ΔHvl + 47,75 CpgdT BP = 06448,4 kj/jam LB.8. Kondensor Q s = Q output - Q input Q s =(938856, ,) ,38 = ,708 kj/jam Data air pendingin yang digunakan: T masuk = 30 o C H = 7,43 KJ/Kg (Geankoplis, 003) T keluar = 40 o C H = 67,57 KJ/Kg (Geankoplis, 003) Air pendingin yang diperlukan adalah : Qtotal 0 H Air pendingin (30 C ) - H ,708 kj/jam (7,43-67,57 ) kj/kg 750,857 kg/jam m (40 0 air pendingin C)

48 LB.8. Reboiler Q s = Q output - Q input = ( ,4) ,55 = ,9 kj/jam Massa steam yang diperlukan: Steam yang digunakan adalah saturated steam dengan kondisi: Suhu Tekanan :400 o C : 5 atm m Q = s H vl (Smith, dkk. 996) ΔH vl = 63,9 KJ/Kg (Smith, dkk. 996) m = , 63,9 9 = 6933,47 kg/jam LB.9 Unit Destilasi II (D-0) Panas Masuk : Panas yang masuk kondensor (Q v ) pada T = 95, o C (368, K) Q in = N 35 asam akrilat 368, CpldT + N 35 asam asetat , 98 CpldT + N 35 air 368, 98 CpldT

49 = 37544,78 kj/jam Panas Refluks keluar kondensor (Q Lo ) pada T = 93,85 o C (366,85 K) Q in = N ,85 asam akrilat CpldT + N 38 asam asetat 98 = 457,00 kj/jam 366,85 98 CpldT + N 38 air 366,85 98 CpldT Panas destilat keluar kondensor pada T = 93,85 o C (366,85 K) Q out = N , asam akrilat CpldT + N 37 asam asetat 98 = 3703,3 kj/jam 368, 98 CpldT + N 37 air Panas yang masuk reboiler (Ld) pada T = 95, o C (368, K) Q in = N ,84 asam akrilat CpldT+ N 38 asam asetat ,84 98 CpldT+ N 38 air = ,6 kj/jam Panas yang keluar reboiler (B) pada T = 8,65 o C (39,65 K) Q out = N 40 39,65 asam akrilat CpldT + N 40 asam asetat 98 39,65 CpgdT BP = ,74 kj/jam 368, 98 CpldT 358,84 98 CpldT 39,65 CpldT + N 40 air BPCpldT ΔHvl + Panas yang keluar reboiler (Vb) pada T = 8,65 o C (39,65 K) Q out = N 39 39,65 asam akrilat CpldT + N 39 asam asetat 98 39,65 ΔHvl + CpgdT BP = 60446,44 kj/jam 39,65 98 BP CpldT + N 39 air CpldT + 98

50 LB.9. Kondensor Q s = Q output - Q input Q s =( 457, ,3) 37544,78 = 3894,384 kj/jam Data air pendingin yang digunakan: T masuk = 30 o C H = 7,43 KJ/Kg (Geankoplis, 003) T keluar = 40 o C H = 67,57 KJ/Kg (Geankoplis, 003) Air pendingin yang diperlukan adalah : Qtotal 0 H Air pendingin (30 C ) - H 3894,384 kj/jam (7,43-67,57 ) kj/kg 776,653 kg/jam m (40 0 air pendingin C) LB.9. Reboiler Q s = Q output - Q input = (736079, ,44) = ,057 kj/jam Massa steam yang diperlukan: Steam yang digunakan adalah superheated steam dengan kondisi: Suhu :400 o C Tekanan : 5 atm m Q = s H vl (Smith, dkk. 996) ΔH vl = 63,9 KJ/Kg (Smith, dkk. 996) ,05 7 m = 63,9 = 088,986 kg/jam LB.0 Cooler (E-07) Hasil produk bawah unit destilasi II (D-0) kemudian akan disimpan dalam tanki penyimpanan produk (TT-0) sehingga diperlukan unit cooler untuk menurunkan suhu dari 8,65 o C menjadi 30 o C.

51 Asam Asetat Asam Akrilat Air (8,65 o C) Asam Asetat Asam Akrilat Air (30 o C) o Panas Masuk (T=8,65 o C= 39,65 K ) : 36,65 Q in = N 40 asam asetat 98,5 = 7656kJ/jam CpldT + N 40 asam akrilat 36,65 98,5 CpldT + N 40 air 36,65 CpldT 98,5 Panas Keluar(T=30 o C= 303 K ) : Q out = N CH4O 98,5 = 47370,6988 kj/jam CpldT + N 4 n-c6h0o ,5 CpldT + N 4 sec-c6h0o 303 CpldT 98,5 Maka Q total = (47370, ) kj/jam = ,3058 Data air pendingin yang digunakan: T masuk = 30 o C H = 7,43 KJ/Kg (Geankoplis, 003) T keluar = 40 o C H = 67,57 KJ/Kg (Geankoplis, 003) Air pendingin yang diperlukan adalah : Qtotal 0 H Air pendingin (30 C ) - H ,3058kJ/jam (7,43-67,57) kj/kg 3537,8007 kg/jam m (60 0 air pendingin C)

52 LB. Cooler (E-06) Hasil produk bawah unit destilasi I (D-0) kemudian akan disimpan dalam tanki penyimpanan produk (TT-0) sehingga diperlukan unit cooler untuk menurunkan suhu dari 44,75 o C menjadi 30 o C. Asam Asetat Asam Akrilat Air (44,75 o C) Asam Asetat Asam Akrilat Air (30 o C) o Panas Masuk (T=44,75 o C = 47,75 K): 47,75 Q in = N 3 asam asetat 98,5 =0347,36 kj/jam CpldT + N 3 asam akrilat 47,75 98,5 CpldT + N 3 air 47,75 CpldT 98,5 Panas Keluar (T=30 o C = 303 K): Panas Keluar alur = Q out = N asam asetat CpldT + N 33 asam akrilat CpldT + N 33 air CpldT 98 = 0,55 x 645, ,94 x 39843,8 = ,36 kj/jam Maka Q total = (398596, ,36) = ,0 kj/jam Data air pendingin yang digunakan: T masuk = 30 o C H = 7,43 KJ/Kg (Geankoplis, 003) T keluar = 40 o C H = 67,57 KJ/Kg (Geankoplis, 003) Air pendingin yang diperlukan adalah :

53 H Qtotal 0 (30 C ) - H m (60 0 Air pendingin air pendingin ,0 kj/jam (7,43-67,57) kj/kg 4505,854 kg/jam C) LB. Cooler (E-08) Suhu keluaran kompresor JC-0 adalah 774,4 0 C. Sedangkan untuk menurunkan suhu steam menjadi 5,8 o C maka harus didinginkan terlebih dahulu pada cooler sebelum diumpankan kedalam mixing point I. Steam (744 o C) Steam (5,8 o C) Panas Masuk (T=744 o C = 07 K): Q in = N 3 07 asam asetat CpgdT 98,5 = 83,4 kmol/jam x 4338,6656 kj/kmol = 44637,7 kj/jam Panas Keluar (T=5,8 o C = 44,8 K) Q out = N 4 44,8 asam asetat CpgdT 98 = 83,4 kmol/jam x 769,049 kj/mol = 34443,667 kj/jam Maka Q total = (398596, ,73)

54 = ,60 kj/jam Data air pendingin yang digunakan: T masuk = 30 o C H = 7,43 KJ/Kg (Geankoplis, 003) T keluar = 40 o C H = 67,57 KJ/Kg (Geankoplis, 003) Air pendingin yang diperlukan adalah : Qtotal 0 H (30 C ) - H m (60 0 air pendingin 43967,60kJ/jam (7,43-67,57) kj/kg 3099,9kg/jam C)

55 LAMPIRAN C PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN LC. Tangki Penyimpanan Propilen ( C 3 H 6 ) (V-0) Fungsi : Menyimpan propilen untuk kebutuhan 0 hari Bahan Konstruksi : Low alloy steel SA-353 Bentuk : Silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal Jenis Sambungan : Double welded butt joints Jumlah : 4 unit Data Perhitungan: Temperatur, T = -4,63 o C Tekanan, P = 3 atm Kebutuhan perancangan, t = 0 hari Laju alir massa, F = 038,735 kg/jam ρ dalam fasa cair, ρ = 507,5 kg/m 3 (Hysis, 0) Perhitungan Ukuran Tangki:. Volume Tangki 038,735kg / jam0 hari 4 jam/ hari V propilen = 3 = 4884,53 m 3 507,5 kg / m V propilen untuk tangki = 4884,53 m 3 /4 =,309 m 3 V propilen = 3588,6 gal Untuk tangki dengan volume lebih besar daripada gal, maka digunakan tangki vertikal (Walas, dkk, 005). Faktor kelonggaran mengikuti Faktor kelonggaran = 0% Volume tangki, V t =,,309 =, m 3. Diameter dan tinggi shell Direncanakan: Tinggi shell tangki : diameter tangki H s : D = 5 : 4 Tinggi tutup tangki : diameter tangki H h : D = : 4 Volume shell tangki (V s ) V s = ¼ π D Hs

56 5 V s = D 6 3 Volume tutup tangki (V h ) ellipsoidal, V h = Volume tangki (V) V = V s + V h 5 3, = D D 3 4 D, = 9 D 48 3 Maka diameter tangki, D = m Hs Tinggi shell tangki, H s = D 3, 0m D Hh Tinggi tutup tangki, H h = D, 640m D Tinggi tangki, H t = H s + H h = 8,486 m 3. Tebal shell tangki dan tutup tangki Untuk tutup atas tangki: Tekanan operasi dengan faktor keamanan 0%: =,37.50 kpa =,,37.50 kpa = 580,67 kpa Untuk shell tangki dan tutup bawah tangki : P operasi P desain,309m Tinggi cairan dalam tangki, h = 465,357m 3 3 8,486 Tekanan hidrostatik: P = ρ g h = 507 kg/m 3 9,8 m/det,00 m = 54,73 kpa Tekanan operasi dengan faktor keamanan 0%: P operasi =,37.50 kpa + 54,73 kpa = 37,93 kpa P desain =, 37,93 = 646,36 kpa m,00m Joint efficiency, E = 0,8 (Brownell dan Young, 959) Allowable stress, S = 500 psia= 55.3,4984 kpa (Brownell dan Young,959) Faktor korosi, C = 0,003 (Peters, 004) Umur alat, n = 0 tahun Tebal shell tangki :

57 P D t = nc SE.P 646, t = 0(0,003) 55.3,4984 0,8.646,36 t = 4,0404 in tebal shell standar yang digunakan = 4 in. Tebal tutup tangki bawah : t = PD nc SE0,P 646, t = 0(0,003) 553,4984 0,8 0,646,36 t = 4,0 in tebal shell standar yang digunakan = 4 in. Tebal tutup tangki atas : t = PD nc SE0,P 580,678,6306 t = 0(0,003) 553,4984 0,8 0,580,67 t =,4638 tebal shell standar yang digunakan =,5 in. LC. Tangki Penyimpanan Larutan Asam Akrilat (TT-0) Fungsi : Menyimpan larutan asam akrilat untuk kebutuhan 0 hari Bahan Konstruksi : Carbon Steel SA 85 Grade C Bentuk : Silinder vertical dengan alas datar dan tutup ellipsoidal Jenis Sambungan : Double welded butt joints Jumlah : 3 unit Kondisi Operasi : Tekanan = atm = 0,35 kpa Temperatur = 5 o C = 98,5 K

58 Laju alir massa = 3906,58 kg/jam Kebutuhan Perancangan = 0 hari Faktor Kelonggaran = 0% Perhitungan Ukuran Tangki:. Volume Tangki 3906,5 kg/ jam0hari 4 jam/ hari V larutan = 3 = 378,367 m 3 05kg/ m Volume untuk tangki = 378,367/3 = 059,454 m 3 Faktor kelonggaran = 0% Volume tangki, V t =, 059,454 = 7,345 m 3. Diameter dan tinggi shell Direncanakan: Tinggi shell tangki : diameter tangki H s : D = 5 : 4 Tinggi tutup tangki : diameter tangki H h : D = : 4 Volume shell tangki (V s ) V s = ¼ π D H s V s = 5 D 6 3 Volume tutup tangki (V h ) ellipsoidal, V h = Volume tangki (V) V = V s + V h 5 3 7,345 = D D 3 4 D 9 3 7,345 = D 48 Maka diameter tangki, D = 0,076 m H s Tinggi shell tangki, H s = D, 5908m D H h Tinggi tutup tangki, H h = D, 58m D Tinggi tangki, H t = H s + H h = 7,67 m 4. Tebal shell tangki dan tutup tangki Untuk tutup atas tangki: