LAMPIRAN A HASIL PERHITUNGAN NERACA MASSA

Transkripsi

1 LAMPIRAN A HASIL PERHITUNGAN NERACA MASSA Kapasitas Produksi ton/tahun Kemurnian Produk 99,95 % Basis Perhitungan kg/jam CH 3 COOH Pada perhitungan ini digunakan perhitungan dengan alur maju dengan menggunakan basis perhitungan. Hal ini dikarenakan untuk mempermudah menentukan jumlah bahan yang akan direcycle kembali. A.1. PERHITUNGAN NERACA MASSA BERDASARKAN BASIS Kg/Jam CH 3 COOH TANPA RECYCLE Tabel LA-1 Komposisi CH 3 COOH (Kirk-Othmer, 1999) Komponen % Berat kg/jam kmol/jam Yi CH 3 COOH 1, ,6667 1,0000 Reaksi yang terjadi adalah: CH 3 COOH (aq) + C 3 H 6 (g) CH 3 COOCH(CH 3 ) (aq) Untuk efisisensi reaksi maka C 3 H 6(g) yang digunakan berlebih dengan perbandingan mol CH 3 COOH : C 3 H 6 untuk umpan reaktor adalah 1 : (Bearse, 1947). Jumlah kg C 3 H 6 (/1 x 16,6667) 33,3333 kmol/jam 1400 kg/jam Jumlah C 3 H 6 (1/0,90 x 1400) 151,7391 kg/jam Tabel LA- Komposisi C 3 H 6 (Kirk-Othmer, 1999) Komponen % Berat kg/jam kmol/jam Yi C3H8 0, ,7391,7668 0,0766 C3H6 0, , ,3333 0,934 1, , ,1001 1,0000 Ratio mol HF/BF 3 adalah 3/1.

2 Jumlah katalis yang dibutuhkan adalah 5% dari mol asam asetat yang diperlukan pada reaksi (Bearse, 1947). Jumlah katalis yang dibutuhkan 0,5 x 16,6667 0,8333 kmol/jam Jumlah HF 50% x 0,8333 0,4167 kmol/jam Jumlah BF 3 50% x 0,8333 0,4167 kmol/jam Tabel LA-3 Komposisi HF (Kirk-Othmer, 1999) Komponen % Berat kg/jam kmol/jam Yi HF 0,6500 8,3333 0,4167 0,700 H O 0,3500,9167 0,161 0,800 1, ,500 0,5787 1,0000 Tabel LA-4 Komposisi BF 3 (Kirk-Othmer, 1999) Komponen % Berat kg/jam kmol/jam Yi BF 3 1,0000 8,56 0,4167 1,0000 Tabel LA-5 Data Nilai Berat Molekul (kg/mol) (Kirk-Othmer, 1999) Rumus Molekul BM Rumus Molekul BM CH 3 COOH 60 C 3 H 6 4 HF 0 C 3 H 8 44 BF 3 67,806 C 5 H 10 O 10 HO 18 HBF 4 87,806 Perhitungan awal diasumsikan tanpa recycle : A.1.1. ALIRAN KELUAR DI MIXER (MX-101) Fungsi : untuk melarutkan antara katalis HF dan BF 3. dan membentuk senyawa kompleks HBF 4. 3 MX-101 5

3 Pada Mixer (MX-101) terjadi pelarutan antara katalis HF dan BF 3. dan membentuk senyawa kompleks HBF 4. Senyawa ini akan terurai pada suhu antara o C pada tekanan 1 atm (Michel Devic, et.al, 1985). Reaksi yang terjadi: - HF (aq) + BF 3(g) HBF 4 (aq) Neraca Massa Total Input Output 1039,506 kg/jam 1039,506 kg/jam Komponen Input (Alur,3) Output Atas (Alur 5) Kg kmol Kg kmol HF 8,3333 0,4167 0,0000 0,0000 BF 3 8,56 0,4167 0,0000 0,0000 HBF 4 0,0000 0, , ,485 H O,9167 0,160,9167 0,160 Total 1039,506 17, ,506 16,887 A.1.. ALIRAN KELUAR DI MIXER (MX-10) Fungsi : untuk menghomogenkan antara CH 3 COOH dengan katalis HBF MX-10 6 Neraca Massa Total Input Output 1039,506 kg/jam 1039,506 kg/jam Komponen Input (Alur 1,5) Output Atas (Alur 6)

4 Kg kmol Kg kmol CH 3 COOH 1000, , , ,6667 HBF 4 46, ,485 46, ,485 H O,9167 0,160,9167 0,160 Total 1039,506 17, ,506 16,887 A.1.3. ALIRAN KELUAR DI REAKTOR (R-101) Fungsi : untuk merekasikan antara CH 3 COOH dengan propilen dengan bantuan katalis HBF 4. Reaksi yang terjadi dalam reaktor : CH 3 COOH (aq) + C 3 H 6 (g) CH 3 COOCH(CH 3 ) (aq) Data konversi (Bearse, 1947) : Konversi terhadap CH 3 COOH % Untuk proses ini dipilih konversi reaksi sebesar 75% 7 6 R Reaksi : CH 3 COOH mula-mula 1000 kg/jam CH 3 COOH bereaksi 75 % x 1000 kg 750 kg/jam 1,5 kmol/jam Sisa reaksi 50 kg/jam C 3 H 6 bereaksi 1/1 x 1,5 kmol 1,5 kmol/jam 55 kg/jam Sisa reaksi 875 kg/jam

5 CH 3 COOCH(CH 3 ) terbentuk 1/1 x 1,5 kmol 1,5 kmol/jam Neraca Massa Total Input Output 561,417 kg/jam 561,417 kg/jam Komponen Input 175 kg/jam Output Alur 6 Alur 4 Alur 8 Alur 7 Kg Kmol Kg Kmol Kg Kmol Kg CH 3 COOH , , C 3 H , ,8333 C 3 H ,7391 0, ,7391,7667 HBF 4 36,5859 0, ,5859 0, H O,9167 0, ,9167 0, C 5 H 10 O ,5 - - Sub Total 1039,506 17, , , ,506 17, ,7391 3,6001 Total 561,417 kg 53,3455 kmol 561,417 kg 40,8455 kmol A.1.4. NERACA MASSA DI ACCUMULATOR (AC-101) Fungsi: sebagai wadah penampungan sementara hasil dari reaktor (R-101). 8 AC Neraca Massa Total Input (8) Output (9) 1564,506 kg/jam 1564,506 kg/jam Input (Alur 6) Output (Alur 8) Komponen Kg Kmol Kg Kmol CH 3 COOH 50,0000 4, ,0000 4,1667

6 HBF 4 36, , , ,7357 C 5 H 10 O 175,0000 1, ,0000 1,0416 H O, ,8417, ,8417 Total 1564,506 17, ,506 17,454 A.1.5. NERACA MASSA PADA KOLOM DESTILASI Neraca Massa Kolom Destilasi (MD-101) Fungsi: untuk memisahkan C 5 H 10 O, dan H O sebagian dari CH 3 COOH, HBF 4 dan H O. Ditinjau dari titik didihnya : Komponen Td (C) CH 3 COOH 117,8 HBF C 5 H 10 O 88,6 H O 100 (Sumber : Kirk-Othmer, 1999) Maka dapat ditentukan : C 5 H 10 O semuanya ada pada hasil atas. H O terdistribusi pada hasil atas dan bawah CH 3 COOH dan HBF 4 semuanya ada pada hasil bawah Diperkirakan 43,7 % mol dari H O akan terpisah sebagai hasil atas. Neraca Massa Kolom Destilasi (MD-10) Fungsi: untuk memisahkan CH 3 COOH dan HO dengan HBF 4. Diperkirakan CH 3 COOH dan HO yang terpisahkan sebagai hasil atas adalah sebesar 100 % dari katalis senyawa kompleks HBF 4. A Kolom Destilasi (MD-101) Fungsi: untuk memisahkan C 5 H 10 O, dan H O sebagian dari CH 3 COOH, HBF 4 dan H O.

7 10 9 MD Feed(9) Hasil atas(10) + Hasil bawah(11) 1564,506 kg/jam 176,750 kg/jam + 88,76 kg/jam Menentukan Kondisi Umpan Masuk Menara Umpan masuk pada T 370,58 K dan P 1,0131 bar Komponen kmol in Kg P (bar) K Xi Xi.Ki CH 3 COOH 4, ,0000 0,7573 0,778 0,416 0,1758 C 5 H 10 O 1, ,0000 1,0441 1,0304 0,0094 0,0097 H O 0,160,9167 0,5089 0,503 0,04 0,011 HBF 4 0, ,5859 1,116 1,1069 0,748 0,803 Jumlah 1, ,506 1,0000 1,0000 Menentukan Kondisi Puncak Menara Perhitungan trial and error untuk memperoleh kondisi temperatur dew point dan bubble point pada puncak menara. Menentukan harga P P C5H10O exp(a - B / (T + C) exp(4, ,8770 / ( ,4550) exp(0,0144) 0,9056 bar P HO 0,6858 bar

8 Menentukan harga Ki K C5H10O K HO 0,6858 P /P 0,9056 bar / 1,0133 bar 0,8938 Menentukan harga Yi Yi C5H10O Yi HO 0,0056 Kmol / Jumlah Mol 1,5000 kmol / 1,5787kmol 0,9944 Menentukan harga Ki/Yi Ki/Yi C5H10O 0,9944 / 0,6858 1,115 Ki/Yi HO 0,0083 Ki/Yi 1,108 Perhitungan diatas diulang kembali dengan memvariasikan kondisi temperature sampai angka Ki/Yi mendekati 1,0000. Dengan cara trial and error pada microsoft excel diperoleh kondisi temperatur dew point dan bubble point pada puncak menara. 1. Dew Point Trial and error 1, dengan T 355, diperoleh Yi/Ki 1,108 Berikut data excel yang diperoleh: Komponen Kmol out Kg P (bar) K Yi Yi/Ki C 5 H 10 O 1, ,0000 0,9056 0,8938 0,9944 1,115 H O 0,0708,9167 0,6858 0,6769 0,0056 0,0083 Jumlah 1, ,750 1, ,108

9 Trial and error, dengan T 365, diperoleh Yi/Ki 0,974 Berikut data excel yang diperoleh: Komponen Kmol out Kg P (bar) K Yi Yi/Ki C 5 H 10 O 1, ,0000 1,0413 1,077 0,9944 0,9676 H O 0,0708,9167 0,8605 0,8493 0,0056 0,0066 Jumlah 1, ,750 1, ,974 Trial and error 3, dengan T 363,09, diperoleh Yi/Ki 1,0000 Maka ditentukan: Produk keluar pada Dew Point T 363,09 K dan P 1,0131 bar Komponen Kmol out Kg P (bar) K Yi Yi/Ki C 5 H 10 O 1, ,0000 1,0145 1,0013 0,9944 0,9931 H O 0,0708,9167 0,857 0,8149 0,0056 0,0069 Jumlah 1, ,750 1, ,0000. Bubble Point Trial and error 1, dengan T 360, diperoleh Yi/Ki 0,9583 Berikut data excel yang diperoleh: Komponen Kmol out Kg P (bar) K Xi Xi.Ki C 5 H 10 O 1, ,0000 0,971 0,9944 0,9954 0,9540 H O 0,0708,9167 0,7708 0, ,0043 Jumlah 1, ,750 1, ,9583 Trial and error, dengan T 365, diperoleh Yi/Ki 1,067 Berikut data excel yang diperoleh: Komponen Kmol out Kg P (bar) K Xi Xi.Ki C 5 H 10 O 1, ,0000 1,0413 1,077 0,9954 1,019 H O 0,0708,9167 0,8605 0, ,0048 Jumlah 1, ,750 1, ,067 Trial and error 3, dengan T 363,09, diperoleh Yi/Ki 1,0000

10 Maka ditentukan: Produk keluar pada Bubble Point T 363,07 K dan P 1,0133 bar Komponen Kmol out Kg P (bar) K Xi Xi.Ki C 5 H 10 O 1, ,0000 1,0143 1,0010 0,9954 0,9954 H O 0,0708,9167 0,853 0, ,0046 Jumlah 1, ,750 1, ,0000 Menentukan Kondisi Dasar Menara Analog dengan menentukan kondisi puncak menara, diperoleh kondisi dasar menara sebagai berikut: Produk keluar pada Dew Point T 395,1 K dan P 1,0133 bar Komponen kmol out Kg P (bar) K Yi Yi/Ki CH 3 COOH 4, ,0000 1,0433 1,097 0,8914 0,8657 H O 0,091 1,6417 1,4916 1,471 0,0195 0,0133 HBF 4 0, ,5859 0,746 0,7364 0,0891 0,110 Jumlah 4, ,76 1,0000 1,0000 Produk keluar pada Bubble Point T 394,3 K dan P 1,0133 bar Komponen kmol out Kg P (bar) K Xi Xi.Ki CH 3 COOH 4, ,0000 1,0309 1,0174 0,8914 0,9069 H O 0,091 1,6417 1,4706 1,4514 0,0195 0,083 HBF 4 0, ,5859 0,7364 0,768 0,0891 0,0648 Jumlah 4, ,76 1,0000 1,0000 Neraca Massa Total Kolom Destilasi (MD-101) Komponen Input (Alur 8) Output Atas (Alur 9) Output Bawah (Alur 10) Kmol Kg Kmol Kg Kmol Kg CH 3 COOH 4, , , ,0000 C 5 H 10 O 1, ,0000 1, , H O 0,160,9167 0,0708,9167 0,091 1,6417 HBF 4 0, , , ,5859 Sub Total 1, ,506 1, ,750 4, ,76

11 Total 1, ,506 17,53 kmol 1564,506 kg A Kolom Destilasi (MD-10) Fungsi: untuk memisahkan CH 3 COOH dan HO dengan HBF MD Feed (11) Hasil atas (1) + Hasil bawah (13) 197,3101 kg/jam 193,68795 kg/jam + 3,61 kg/jam Menentukan Kondisi Umpan Masuk Menara Umpan masuk pada T 394,3 K dan P 1,0133 bar Komponen kmol in Kg P (bar) K Xi Xi.Ki CH 3 COOH 4, ,0000 1,0309 1,0174 0,8914 0,9069 HBF 4 0,091 1,6417 0,768 0,768 0,0195 0,083 H O 0, ,5859 1,4706 0,0891 0, Jumlah 4, ,76 1,0000 1,0000 Menentukan Kondisi Puncak Menara Analog dengan Menara Destilasi (MD-101), diperoleh kondisi dasar menara sebagai berikut: Produk keluar pada Dew Point T 39,519 K dan P 1,0133 bar Komponen Kmol out Kg P (bar) K Yi Yi/Ki CH 3 COOH 4, ,0000 1,0069 0,9937 0,9937 0,9848

12 H O 0, ,5859 1,498 1,4111 0,014 0,015 Jumlah 4,579 51,6417 1,0000 1,0000 Produk keluar pada Bubble Point T 39,3 K dan P 1,0133 bar Komponen Kmol out Kg P (bar) K Xi Xi.Ki CH 3 COOH 4, ,0000 1,004 0, ,9699 H O 0, ,5859 1,453 1,4067 0,014 0,0301 Jumlah 4,579 51,6417 1, ,0000 Menentukan Kondisi Dasar Menara Produk keluar pada Dew Point T 417,96 K dan P 1,0133 bar Komponen Kmol out Kg P (bar) K Yi Yi/Ki HBF 4 36,5859 0,4167 1,0133 1,0000 1,0000 1,0000 Jumlah 36,5859 0,4167 1,0000 1,0000 Produk keluar pada Bubble Point T 417,96 K dan P 1,0133 bar Komponen Kmol out Kg P (bar) K Xi Xi.Ki HBF 4 36,5859 0,4167 1,0133 1,0000 1,0000 1,0000 Jumlah 36,5859 0,4167 1,0000 1,0000 Neraca Massa Total Kolom Destilasi (MD-10) Komponen Input (Alur 10) Output Atas (Alur 11) Output Bawah (Alur 1) Kmol Kg Kmol Kg kmol Kg CH 3 COOH 4, ,0000 4, , HBF 4 0,091 1,6417 0,0000 0, , ,5859 H O 0, ,5859 0, , Sub Total 4, ,76 4,579 51,6417 0, ,5859 Total 4, ,76 4,8645 kmol 88,76 kg

13 A.. NERACA MASSA UNTUK MASSA BERDASARKAN BASIS 1.000Kg/Jam CH 3 COOH DENGAN RECYCLE Kemudian untuk perhitungan recycle dihitung berdasarkan trial and error pada aliran masuk reaktor dengan dasar aliran masuk reaktor sama dengan aliran bahan baku ditambah aliran recycle menara destilasi II (MD-10) dan hasil atas reaktor (R-101). Propilen yang dibutuhkan 1400 kg/jam diasumsikan propilen recycle dari reaktor yaitu sebesar 6,5% dari propilen yang dibutuhkan. Propilen recycle 6,5% x 1400 kg 875 kg/jam Propilen supply propilen yang dibutuhkan - propilen recycle 1400 kg 875 kg 55 kg/jam Propilen yang digunakan mengandung propana sebesar 8%. Propana yang dibutuhkan 11,7391 kg/jam Diasumsikan propana tidak ikut bereaksi sehingga: Propana recycle 100% x 11,7391 kg 11,7391 kg/jam HBF 4 yang dibutuhkan 36,5859 kg/jam Untuk menjaga ketersediaan HBF 4 tidak tergantung dari keseluruhan recycle dan juga demi menjaga kelancaran proses nantinya jika terjadi abnormal proses. Maka diasumsikan HBF 4 dari menara destilasi (MD-10) sebesar 50% dari HBF 4 yang dibutuhkan HBF 4 recycle 50% x 36,5859 kg 18,930 kg/jam HBF 4 supply HBF 4 yang dibutuhkan - HBF 4 recycle 36,5859 kg 18,930 kg 18,930 kg/jam Komponen Supply Recycle Output Kg kmol Kg kmol Kg Kmol CH 3 COOH 1000, , , ,6667 C 3 H , , ,3333 C 3 H ,7391 6, , ,7059 HF 4,1667 0, BF 3 14,163 0, HBF ,930 0,083 36,5859 0,4167 H O,9167 0, ,9167 0,160

14 Sub Total 1546,096 9, ,031 3, ,417 53,5538 Total 561,417 kg 53,5538 kmol 561,417 53,5538 A..1. ALIRAN KELUAR DI MIXER (MX-101) Fungsi : untuk melarutkan antara katalis HF dan BF 3. dan membentuk senyawa kompleks HBF 4. MX Pada Mixer (MX-101) terjadi pelarutan antara katalis HF dan BF 3. dan membentuk senyawa kompleks HBF 4. Senyawa ini akan terurai pada suhu antara o C pada tekanan 1 atm (Michel Devic, et.al, 1985). Reaksi : - HF (aq) + BF 3(g) HBF 4 (aq) Neraca Massa Total Mixer (MX-101) Input + Recycle Output 101,096 kg/jam + 18,930 kg/jam 1039,506 kg/jam Komponen Input (Alur,3) Recycle (Alur 14) Output (Alur 5) kg Kmol Kg Kmol Kg kmol HBF ,930 0,083 18,930 0,083 HF 4,1667 0, H O,9167 0, ,9167 0,160 BF 3 14,163 0, Sub Total 101,096 17,453 18,930 0, ,506 17,453 Total 1039,506 kg 17,4537 kmol 1039,506 17,453

15 A... ALIRAN KELUAR DI MIXER (MX-10) Fungsi : untuk menghomogenkan antara CH 3 COOH dengan katalis HBF MX Reaksi : - HF (aq) + BF 3(g) HBF 4 (aq) Neraca Massa Total Mixer (MX-10) Input + Recycle Output 101,096 kg/jam + 18,930 kg/jam 1039,506 kg/jam Input (Alur 1,,3) Recycle (Alur 13) Output (Alur 5) Komponen Kg Kmol Kg Kmol Kg kmol CH 3 COOH 1000, , , ,6667 HBF ,930 0,083 18,930 0,083 H O,9167 0, ,9167 0,160 Sub Total 101,096 17,453 18,930 0, ,506 17,453 Total 1039,506 kg 17,4537 kmol 1039,506 17,453 A..3. ALIRAN KELUAR DI REAKTOR (R-101) Fungsi : untuk merekasikan antara CH 3 COOH dengan propilen dengan bantuan katalis HBF 4. Reaksi yang terjadi dalam reaktor : CH 3 COOH (aq) + C 3 H 6 (g) CH 3 COOCH(CH 3 ) (aq) Data konversi (Bearse, 1947) : Konversi terhadap CH 3 COOH % Untuk proses ini dipilih konversi reaksi sebesar 75%.

16 7 6 R Reaksi : CH 3 COOH mula-mula 1000 kg/jam CH 3 COOH bereaksi 75 % x 1000 kg 750 kg/jam 1,5 kmol/jam Sisa reaksi 50 kg/jam C 3 H 6 bereaksi 1/1 x 1,5 kmol 1,5 kmol/jam 55 kg/jam Sisa reaksi 875 kg/jam CH 3 COOCH(CH 3 ) terbentuk 1/1 x 1,5 kmol 1,5 kmol/jam 175 kg/jam Neraca Massa Total Input + Recycle Output 1039,506 kg/jam + 55 kg/jam ,031 kg/jam 561,417 kg/jam Input Output Komponen Alur 5 Alur 4 Recycle (Alur 7) Alur 6,7 kg kmol Kg Kmol kg Kmol Kg kmol CH 3 COOH 1000, , , ,6667 C 3 H ,0000 0, ,0000 0, ,0000 0,8333 C 3 H ,7391, ,7391,7668 HF 4,1667 0, BF 3 14,163 0, HBF ,930 0,083 36,5859 0,4167 H O,9167 0, , C 5 H 10 O ,0000 1,5000 Sub Total 1039,506 17,453 55,0000 0, ,031 3, ,417 53,3454 Total 561,417 kg 53,5538 kmol 561,417 53,3454

17 A..4. NERACA MASSA DI ACCUMULATOR (AC-101) Fungsi: sebagai wadah penampungan sementara hasil dari reaktor (R-101). 8 9 AC Neraca Massa Total Input Output 1564,506 kg/jam 1564,506 kg/jam Input (Alur 6) Output (Alur 8) Komponen Kg Kmol Kg Kmol CH 3 COOH 50,0000 4, ,0000 4,1667 HBF 4 36, , , ,7357 C 5 H 10 O 175,0000 1, ,0000 1,0416 H O, ,8417, ,8417 Total 1564,506 17, ,506 17,454 A..5. NERACA MASSA PADA KOLOM DESTILASI Fungsi: untuk memisahkan C 5 H 10 O, dan H O sebagian dari CH 3 COOH, HBF 4 dan H O. Ditinjau dari titik didihnya : Komponen Td (C) CH 3 COOH 117,8 HBF C 5 H 10 O 88,6 H O 100 (Sumber : Kirk-Othmer, 1999)

18 Maka dapat ditentukan : C 5 H 10 O semuanya ada pada hasil atas. H O terdistribusi pada hasil atas dan bawah CH 3 COOH dan HBF 4 semuanya ada pada hasil bawah Diperkirakan 43,7 % mol dari H O akan terpisah sebagai hasil atas. Neraca Massa Kolom Destilasi (MD-10) Fungsi: untuk memisahkan CH 3 COOH dan H O dengan HBF 4. Diperkirakan CH 3 COOH dan H O yang terpisahkan sebagai hasil atas adalah sebesar 100 % dari katalis senyawa kompleks HBF 4. A Kolom Destilasi (MD-101) 10 9 MD Feed(9) Hasil atas(10) + Hasil bawah(11) 1564,506 kg/jam 176,750 kg/jam + 88,76 kg/jam Menentukan Kondisi Umpan Masuk Menara Umpan masuk pada T 370,58 K dan P 1,0131 bar Komponen kmol in Kg P (bar) K Xi Xi.Ki CH 3 COOH 4, ,0000 0,7573 0,778 0,416 0,1758 C 5 H 10 O 1, ,0000 1,0441 1,0304 0,0094 0,0097 H O 0,160,9167 0,5089 0,503 0,04 0,011 HBF 4 0, ,5859 1,116 1,1069 0,748 0,803 Jumlah 1, ,506 1,0000 1,0000

19 Menentukan Kondisi Puncak Menara Analog dengan Menara Destilasi (MD-101), diperoleh kondisi puncak menara sebagai berikut: Produk keluar pada Dew Point T 363,09 K dan P 1,0131 bar Komponen kmol out Kg P (bar) K Yi Yi/Ki C 5 H 10 O 1, ,0000 1,0145 1,0013 0,9944 0,9931 H O 0,0708,9167 0,857 0,8149 0,0056 0,0069 Jumlah 1, ,750 1, ,0000 Produk keluar pada Bubble Point T 363,07 K dan P 1,0133 bar Komponen kmol out Kg P (bar) K Xi Xi.Ki C 5 H 10 O 1, ,0000 1,0143 1,0010 0,9954 0,9954 H O 0,0708,9167 0,853 0, ,0046 Jumlah 1, ,750 1, ,0000 Menentukan Kondisi Dasar Menara Analog dengan Menara Destilasi (MD-101), diperoleh kondisi dasar menara sebagai berikut: Produk keluar pada Dew Point T 395,1 K dan P 1,0133 bar Komponen kmol out Kg P (bar) K Yi Yi/Ki CH 3 COOH 4, ,0000 1,0433 1,097 0,8914 0,8657 H O 0,091 1,6417 1,4916 1,471 0,0195 0,0133 HBF 4 0, ,5859 0,746 0,7364 0,0891 0,110 Jumlah 4, ,76 1,0000 1,0000 Produk keluar pada Bubble Point T 394,3 K dan P 1,0133 bar Komponen kmol out Kg P (bar) K Xi Xi.Ki CH 3 COOH 4, ,0000 1,0309 1,0174 0,8914 0,9069 H O 0,091 1,6417 1,4706 1,4514 0,0195 0,083 HBF 4 0, ,5859 0,7364 0,768 0,0891 0,0648 Jumlah 4, ,76 1,0000 1,0000

20 Neraca Massa Total Kolom Destilasi (MD-101) Komponen Input (Alur 8) Output Atas (Alur 9) Output Bawah (Alur 10) Kmol Kg Kmol Kg kmol Kg CH 3 COOH 4, , , ,0000 C 5 H 10 O 1, ,0000 1, , H O 0,160,9167 0,0708,9167 0,091 1,6417 HBF 4 0, , , ,5859 Sub Total 1, ,506 1, ,750 4, ,76 Total 1, ,506 17,53 kmol 1564,506 kg A..5.. Kolom Destilasi (MD-10) 1 11 MD Feed Hasil atas + Hasil bawah 197,3101 kg/jam 193,68795 kg/jam + 3,61 kg/jam Menentukan Kondisi Umpan Masuk Menara Umpan masuk pada T 394,3 K dan P 1,0133 bar Komponen kmol in Kg P (bar) K Xi Xi.Ki CH 3 COOH 4, ,0000 1,0309 1,0174 0,8914 0,9069 HBF 4 0,091 1,6417 0,768 0,768 0,0195 0,083 H O 0, ,5859 1,4706 0,0891 0, Jumlah 4, ,76 1,0000 1,0000

21 Analog dengan Menara Destilasi (MD-101), diperoleh kondisi sebagai berikut: Menentukan Kondisi Puncak Menara Produk keluar pada Dew Point T 39,519 K dan P 1,0133 bar Komponen Kmol out Kg P (bar) K Yi Yi/Ki CH 3 COOH 4, ,0000 1,0069 0,9937 0,9937 0,9848 H O 0, ,5859 1,498 1,4111 0,014 0,015 Jumlah 4,579 51,6417 1,0000 1,0000 Produk keluar pada Bubble Point T 39,3 K dan P 1,0133 bar Komponen Kmol out Kg P (bar) K Xi Xi.Ki CH 3 COOH 4, ,0000 1,004 0, ,9699 H O 0, ,5859 1,453 1,4067 0,014 0,0301 Jumlah 4,579 51,6417 1, ,0000 Menentukan Kondisi Dasar Menara Produk keluar pada Dew Point T 417,96 K dan P 1,0133 bar Komponen kmol out Kg P (bar) K Yi Yi/Ki HBF 4 36,5859 0,4167 1,0133 1,0000 1,0000 1,0000 Jumlah 36,5859 0,4167 1,0000 1,0000 Produk keluar pada Bubble Point T 417,96 K dan P 1,0133 bar Komponen kmol out Kg P (bar) K Xi Xi.Ki HBF 4 36,5859 0,4167 1,0133 1,0000 1,0000 1,0000 Jumlah 36,5859 0,4167 1,0000 1,0000

22 LAMPIRAN B HASIL PERHITUNGAN NERACA PANAS B.1 Kapasitas Panas Gas Masing-masing Komponen Kapasitas panas untuk gas masing masing komponen dinyatakan dengan persamaan : Cp A + BT + CT + DT 3 + ET 4 Dimana : Cp kapasitas panas gas pada suhu T (J/mol.K) A, B, C, D,E konstanta kapasitas panas T suhu (K) Tabel B.1 Kapasitas Panas Gas Muasing masing Komponen Komponen A B C D E T maks C 3 H 8 8,77 0,116 1, , , C 3 H 6 31,898 0, , , , CH 3 COOH 34,85 0,03766, , , H O 33, , , , HF 9,085 9, , , , BF 3,487 0, , , , HBF 4 51,57 0, , , , C 5 H 10 O -45,89 0, , , , (Carl L. Yaws, 1996) B. Kapasitas Panas Cairan Masing-masing Komponen Kapasitas panas untuk cairan masing masing komponen dinyatakan dengan persamaan : Cp A + BT + CT + DT 3 + ET 4 Dimana : Cp kapasitas panas cairan pada suhu T (J/mol.K) A, B, C, D,E konstanta kapasitas panas T suhu (K)

23 B.3 Konstanta Antoine digunakan untuk menentukan tekanan uap murni suatu komponen pada suhu tertentu. Ln P Dimana : P B A C + T tekanan uap murni suatu komponen pada suhu tertentu (bar) T suhu (K) A, B, C konstanta Tabel B. Konstanta Antoine Suatu Komponen pada Suhu Tertentu Komponen A B C C 3 H 8 4, ,36 4,906 C 3 H 6 3, ,819-6,15 CH 3 COOH 4, ,54-41,189 H O 3, , ,189 HF 4, ,559 4,199 BF 3 4, ,463-30,795 HBF 4 4, ,531-64,79 C 5 H 10 O 4, ,877-3,455 (National Institute of Standards and Technology, 011) B.4 Panas Penguapan Dimana : Tc suhu kritis masing-masing komponen (K) Td suhu didih masing-masing komponen (K) Hv panas penguapan pada T (J/mol) Tabel B.3 Panas Penguapan Komponen Hv Tc Td Ω C 3 H ,1 369,83 30,95 0,43 C 3 H ,6 364,85 5 0,14 CH 3 COOH 4308,7 59,71 391, 0,46 H O 40656, 647, ,345 HF 31510,7 461,15 9,54 0,383 BF ,3 60,9 173,1 0,43 HBF ,5 60,9 173,1 0,395

24 C 5 H 10 O 3413, ,6 0,355 (Carl L. Yaws, 1996) B.5 Panas Pembentukan Standar Panas pembentukan standar pada suhu 98 K (J/mol) Tabel B.4 Panas Pembentukan Standar Komponen ΔH f C 3 H 8-103,8468 C 3 H 6 0,4179 CH 3 COOH -45,53 H O -41,86 HBF 4-39,7 C 5 H 10 O -443,6555 (Reklaitis, 1998) B.6 Perhitungan Neraca Panas Basis perhitungan : 1 jam operasi Satuan operasi : J/jam Kondisi referensi : 5 C (98 K) Kapasitas : ton/tahun 1. NERACA PANAS PADA KOMPRESOR (K-101) Tujuan : menghitung beban panas đialam kompresor P kompresor in 1 atm P kompresor out atm BF3 15 o C 1 atm K-101 6,9 o C atm BF3 Menentukan spesifik gravity komponen gas Untuk komponen gas Komponen BM Xi xi.bm BF 3 67, ,806 67,806

25 Untuk komponen udara Udara BM Xi xi.bm N 8 0,790,10 O 3 0,10 6,70 γ x i BM x BM i Komponen Gas Udara 67,806 γ, ,840 1,000 8,840 Perhitungan efisiensi isentropic (E isem ) ( 0,31)( 1,55) k 1,3 γ k 1,3 (0,31)(, ,55) 1, (k 1)/k 0, Efisiensi polytropic 78 % n 1 k 1 n k E poly k 1 P k P1 E isen n 1 P n P1 0, , ,78 0, ,0133 1,066 0, , , ,066 Menentukan suhu keluaran kompresor T P T 1 1+ P 1 E k 1 k isen 1 300,85 K 0, ,0133 1, , Menghitung beban panas kompresor T refren 98 K T input 88 K T output 300,85 K

26 Q n. 98K 300,85 Cp.dT Panas Masuk Kompresor 18, J/jam Panas Keluar pada T 300,85 K Keluar Komponen Kmol Cp.dT n.cp.dt BF 3 0,7773, , Jumlah 17, maka dw VdP W 0,9663 m 3 x (,066 1,0133) bar W 0, J/jam Maka Q masuk total 0, , J/jam 19, J/jam Q kompresi Q output Q input 17, J/jam 19, J/jam -1, J/jam Neraca Panas pada Kompresor (K-101) Tabel B.5 Neraca Panas pada Kompresor (K-101) Masuk Keluar Input 19, Output 17, Q kompresi -1, Jumlah 19, Jumlah 19, NERACA PANAS PADA KOMPRESOR (K-10) Tujuan : menghitung beban panas đalam kompresor P kompresor in 1atm P kompresor out 0 atm Pada proses ini dilakukan dalam tahap: a. P kompresor in 1 atm P kompresor out 10 atm

27 b. P kompresor in 10 atm P kompresor out 0 atm C3H6 15 o C 1 atm K-10 9,9 o C 0 atm C3H6 Menentukan spesifik gravity komponen gas Untuk komponen gas Komponen BM Xi xi.bm C 3 H ,1813 7, C 3 H 6 4 0, , , Untuk komponen udara Udara BM Xi xi.bm N 8 0,790,10 O 3 0,10 6,70 1,000 8,840 a. P kompresor in 1 atm P kompresor out 10 atm Analog dengan perhitungan neraca panas pada kompresor (K-101) γ 1, k 1, (k 1)/k 0, n 1 k 1 n k E Poly 0, E isen 0, T 38,0547 K Dipasang intercooler antara kompresor untuk menurunkan temperatur keluaran dari kompresor (K-101) dari 38,0547 K menjadi 33,0547 K.

28 Menghitung jumlah air pendingin yang dibutuhkan Air pendingin masuk yang digunakan pada suhu 303 K (30 o C) dan Air pendingin keluar pada suhu 318 K (45 o C) Jumlah air pendingin yang dibutuhkan : Cp 34,06607 J/kmol m air m air Q pendingin Cp. t 949,411 J/Jam 34,06607 J / kg o C(45 30) 1,8576 kg/jam b. P kompresor in 1 atm P kompresor out 10 atm Analog dengan perhitungan neraca panas pada kompresor (K-101) γ 1, k 1, (k 1)/k 0, n 1 k 1 n k E Poly 0, E isen 0, T 335,9699 K Menghitung beban panas kompresor Analog dengan menghitung beban panas kompresor (K-101) T refren 98 K T input 88 K T output 335,9699 K Panas Masuk Kompresor 949,41097 J/jam Panas Keluar pada T 335,9699 K Keluar Komponen Kmol Cp.dT n.cp.dt C 3 H 8 5,1615 3, , C 3 H 6 3, , , Jumlah 8, ,15666

29 W Panas masuk total 88, J/kg 949,41097 J/jam + 88, J/jam 1037,71796 J/jam Q kompresi Q output Q input 970,15666 J/jam 1037,71796 J/jam 67, J/jam Neraca Panas pada Kompresor (K-10) Tabel B.6 Neraca Panas pada Kompresor (K-10) Masuk Keluar Input 1037,71796 Output 970,15667 Q kompresi 67, Jumlah 1037,71796 Jumlah 1037, NERACA PANAS PADA HEAT EXCHANGER (HE-10) Fungsi : Memanaskan gas propilen dari 6,9 o C menjadi 100 o C. T in : 6, C HE-10 T refren T input T output 88 K T out : C 335,9699 K 373 K Qsteam Q n. 98K 303K Cp.dT Panas Masuk Heat exchanger (HE-10) Komponen Kmol Cp.dT n.cp.dt C 3 H 8 5,1615 3, , C 3 H 6 3, , , Total 970,15666 Panas Keluar Heat exchanger (HE-10) Komponen Kmol Cp.dT n.cp.dt C 3 H 8 5, , ,05714 C 3 H 6 3, , , Total 1075,888681

30 Q steam Q input Q output 1075, J/mol - 970,15666 J/mol 105, J/mol Menghitung jumlah steam yang dibutuhkan Steam yang digunakan adalah saturated steam, dengan temperatur (T) 131, o C pada tekanan,8 bar. ΔHv 71,5 J/kg ΔH l 551,4 J/kg λ steam (ΔHv ΔHl) λ steam (71,5 J/kg 551,4 J/kg) λ steam 170,1 J/kg Jumlah steam yang dibutuhkan: m steam Q steam λ steam 105, J/hr 0,0487 kg/jam 170,1 J/kg Neraca Panas pada Heat exchanger (HE-10) Tabel B.7 Neraca Panas pada Heat exchanger (HE-10) Input Output Komponen n.cp.dt n.cp.dt Qsteam C 3 H 8 C 3 H 6 Subtotal Total 170, , , , , , , , , NERACA PANAS PADA MIXER (MX-101) Fungsi : untuk melarutkan antara katalis HF dan BF 3. dan membentuk senyawa kompleks HBF 4. Tujuan : menghitung beban panas di dalam mixer P mixer atm Pelarutan antara HF dengan BF 3 membentuk senyawa kompleks baru HBF 4. Diharapkan pelarutan terjadi dengan baik tanpa ada pembentukan senyawa kompleks lain selain HBF - 4 dan diharapkan pelarutan terjadi secara sempurna.

31 30 0 C atm 30 0 C atm MX C atm Menghitung beban panas mixer Suhu masukan 303 K Masukan Komponen Kmol Cp.dT n.cp.dt BF 3 0,7773 3, , HF 0, , , H O 0, , , HBF 4 0, Jumlah 50, Panas Keluar Mixer pada Suhu 303 K Keluaran Komponen Kmol Cp.dT n.cp.dt BF 3 0, HF 0, H O 0, , , HBF 4 0, , , Jumlah 40, Menghitung panas pelarutan Pelarutan yang terjadi dalam mixer : HF (aq) + BF 3(g) - HBF 4 (aq) Komponen Kmol H p n. H p BF 3 0, ,15 45,1999 HF 0, ,6-54,409 H O 0, ,3-738,706 HBF 4 0,

32 Panas pelarutan : ΔH p (ΔH p awal - ΔH F hasil pelarutan) [ΔH p HBF 4 - ] - [ΔH p HF + ΔH p BF 3 + ΔH p H O] [ 0 ] - [ (-54,409) + (45,1999) +(-738,706] 135,4736 J/kg Q cooling water Q output Q input 40, J/mol (50, ,4736)) J/mol 145,3706 J/mol Cp cooling water 1,008 J/mol (Geankoplis, 003) Tcw masuk HE Tcw keluar HE Δ T 30 0 C 303 K 50 0 C 33 K 0 K Kebutuhan cooling water Q cooling water / Cp ΔT 145,3706 1,008x0 61,7743 kg/jam Neraca Panas pada Mixer (MX-101) Tabel B.8 Neraca Panas pada Mixer (MX-101) Masuk Keluar Input 50,394 Output 40,343 Q pelarutan 135,4736 Q cooling water -145,3706 Jumlah 185,7130 Jumlah 185, NERACA PANAS PADA MIXER (MX-10) Fungsi : untuk menghomogenkan antara CH 3 COOH dengan katalis HBF 4. Tujuan : menghitung beban panas di dalam mixer P mixer atm 30 0 C atm 30 0 C atm MX C atm

33 Menghitung beban panas mixer Dari trial điapat suhu masukan 303 K Q n. 98K 303K Cp.dT Masukan Komponen Kmol Cp.dT n.cp.dt H O 0, , , CH 3 COOH 31, , , HBF 4 0, , ,69197 Jumlah 1645,8546 Panas Keluar Mixer pada suhu 303 K Q n. 303K 98K Cp.dT Keluaran Komponen Kmol Cp.dT n.cp.dt H O 0, , , CH 3 COOH 31, , , HBF 4 0, , ,69197 Jumlah 1645,8546 Q pencampuran Q input Q output 1645,8546 J/jam 1645,8546 J/jam 0 J/jam Neraca Panas pada MIxer (MX-10) Tabel B.9 Neraca Panas pada Mixer (MX-10) Masuk Keluar Input 1645,8546 Output 1645,8546 Q pencampuran 0 Jumlah 1645,8546 Jumlah 1645, NERACA PANAS PADA HEAT EXCHANGER (HE-101)

34 T in : 30 0 C HE-101 T refren 98 K T out : C Qsteam T input 303 K T output 373 K Panas Masuk Heat exchanger (HE-101) Komponen Kmol Cp.dT n.cp.dt H O 0,303 33, ,6511 CH 3 COOH 31,09 34, ,5118 HBF 4 0, ,636 5,6913 Total 1645,854 Panas Keluar Heat exchanger (HE-101) Komponen Kmol Cp.dT n.cp.dt H O 0,303 33,481 14,5044 CH 3 COOH 31,09 38, ,9514 HBF 4 0, , ,98019 Total 1778,43405 Q steam Q output Q input 1778, J/mol ,8546 J/mol 13, J/mol Menghitung jumlah steam yang dibutuhkan Analog dengan menghitung jumlah Steam yang dibutuhkan pada Heat Exchanger (HE- 10). Jumlah steam yang dibutuhkan: m steam Q steam λ steam 13, J/hr 0,061093kg/jam,1701 J/kg Neraca Panas pada Heat exchanger (HE-101) Tabel B.10 Neraca Panas pada Heat exchanger (HE-101) Input Output Komponen n.cp.dt n.cp.dt Qsteam H O 14, ,5044

35 CH 3 COOH 1605, ,9514 HBF 4 5, ,98019 Subtotal 1645, , , Total 1645, , NERACA PANAS PADA REAKTOR (R-101) Fungsi : untuk merekasikan antara CH 3 COOH dengan propilen dengan bantuan katalis HBF 4. Tujuan : menghitung beban panas di dalam reaktor P reaktor 0 atm C3H8 C3H6 CH3COOH HBF4 C5H10O HO 100 o C 0 atm 100 o C 0 atm R-101 C3H8 C3H6 100 o C 0 atm CH3COOH HBF4 C5H10O HO beban panas reaktor Panas masukan reaktor Panas keluaran (HE-101) + (K-10) 4360, J/jam Panas Keluar reaktor pada suhu 373 K Q n. 373K 98K Cp.dT Keluaran Komponen Kmol Cp.dT n.cp.dt C 3 H 8 5, , ,0571 C 3 H 6 38,865 37, ,3938 HBF 4 0, , ,3539 H O 0,303 33, ,30568 CH 3 COOH 3, , ,3775 C 5 H 10 O 7,7730 9, ,95739 Jumlah 76, ,43898

36 Menghitung panas reaksi Reaksi yang terjadi dalam reaktor : CH 3 COOH (aq) + C 3 H 6 (g) CH 3 COOCH(CH 3 ) (aq) Panas reaksi pada T 100 o C, ΔH R 100 total ΔH r o 100 (ΔH produk + ΔH F reaksi - ΔH reaktan) [736,43898] + [-1434,13064] - [4360,45013] [ 130,30834 ] - [4360,45013] -3058,14178 J/mol ΔH r,t benilai negatif maka reaksi bersifat eksotermis dan memerlukan pendinginan. Menghitung Panas masuk Panas masuk total panas masuk reaktor + panas ΔH total r,t 4360, (-3058,14178) 1745,96384 J/mol Menghitung Panas yang diserap air pendingin Analog dengan panas yang diserap oleh air pendingin Mixer (MX-101) Panas yang diserap oleh air pendingin adalah Q cooling water 990,47514 J/mol Kebutuhan cooling water 80, kg/jam Neraca Panas pada Reaktor (R-101) Tabel B.11 Neraca Panas pada Reaktor (R-101) Masuk Keluar Input 4360,45013 Output 736,43898 ΔH total r,t -3058,14178 Q cooling water -990,47514 Jumlah 1745,96384 Jumlah 1745, NERACA PANAS PADA KOMPRESOR (K-103) Fungsi : mengkompres/mengalirkan propilen recycle kembali ke reaktor (R 101) Tujuan : menghitung beban panas đialam Kompresor P kompresor in 0 atm P kompresor out 0 atm

37 C3H8 C3H6 100 o C 100 o C 0 atm 0 atm C3H8 K-103 C3H6 Menentukan spesifik gravity komponen gas Untuk komponen gas Komponen BM Xi xi.bm C 3 H , , C 3 H 6 4 0, , Jumlah 43, Analog dengan perhitungan neraca panas pada kompresor (K-101) γ 1, k 1, (k 1)/k 6, n 1 k 1 n k E Poly 8, E isen 0, T 373 K Menghitung beban panas kompresor T refren 98 K T input 373 K T output 373 K Panas Masuk Kompresor 947, J/jam Panas Keluar pada T 373 K Keluar Komponen Kmol Cp.dT n.cp.dt C 3 H 8 38, , , C 3 H 6 5, , , Jumlah 1670,593086

38 Q kompresi Q output Q input 1670, J/jam 947, J/jam 73,39547 Neraca Panas pada Kompresor (K-103) Tabel B.1 Neraca Panas pada Kompresor (K-103) Masuk Keluar Input 947, Output 1670, Q kompresi 73,39547 Jumlah 1670, Jumlah 1670, NERACA PANAS PADA EXPANSION VALVE (EV-101) Fungsi : Mengkonversi tekanan keluar reaktor dari 0 atm menjadi 1 atm. Tujuan : menghitung beban panas đidalam expansion valve P expansion valve in 0 atm P expansion valve out 1 atm CH3COOH HBF4 HO C5H10O 100 o C 0 atm EV ,74 o C 1 atm CH3COOH HBF4 HO C5H10O Menentukan spesifik gravity komponen cairan Komponen Xi Tc xi.tc Pc xi.pc w xi.w CH 3 COOH 0, ,71 94,71 59,04 9,4344 0,46 0,07383 H O 0, ,096 1,060 18,01 0,4067 0,345 0,00064 HBF 4 0, , ,08 1,1945 0,395 0,0094 C 5 H 10 O 0, , ,96 7,6759 0,355 0,8931 Total 548, ,7115 0,37301 Tr T 373 0, 6797 Tc 548,74 Pr P 0,66 0, 535 Pc 38,71 H R 1 RTc Tr Pc ω 0, 59

39 R H 1 R.Tc.(-0,59) 8,314 x 548,7464 x (0,59 414,5039 Cp 1073,999 R H1 414,5039 T + T in Cp 1073, ,75 K Menghitung beban panas Expansion valve T refren 98 K T input 33 K T output 370,75 K Q n. 98K 370,75K Cp.dT Panas Masuk Expansion valve 1073,99996 J/jam Panas pada T 370,75 K Output Komponen Kmol Cp.dT n.cp.dt H O 0,30 33, , HBF 4 0, , ,90957 CH 3 COOH 7,7730 7, ,47756 C 5 H 10 O 3, , , Jumlah 103, Q expansion valve Q input Q output 1073,99996 J/jam 103, J/jam 41,63893 J/jam Neraca Panas pada Expansion valve (EV-101) Tabel B.13 Neraca Panas pada Expansion valve (EV-101) Masuk Keluar Input 1073,99996 Output 103, Q ekspansi 41,63893 Jumlah 1073,99996 Jumlah 1073,99996

40 10. NERACA PANAS PADA HEAT EXCHANGER (HE-103) Fungsi : Memanaskan gas propilen dari 41,44 o C menjadi 97,58 o C T in : 370,75 K HE-103 T out : 373,74 K T refren 98 K T input T output 314,44 K 373,74 K Qsteam Panas Masuk Heat exchanger (HE-103) Panas Keluar Expansion valver (EV-101) 103,3540 J/mol Panas Keluar Heat exchanger (HE-103) Output Komponen Kmol Cp.dT n.cp.dt H O 0,30 33, ,3049 HBF 4 0, ,177 6,44 CH 3 COOH 7,7730 9,779 57,611 C 5 H 10 O 3, , ,69 Jumlah 1084,6374 Q steam Q output Q input 1084,6374 J/mol 103,3540 J/mol 5,833 J/mol Menghitung jumlah steam yang dibutuhkan Analog dengan menghitung jumlah Steam yang dibutuhkan pada Heat Exchanger (HE- 10). Jumlah steam yang dibutuhkan: m steam Q steam λ steam 5,833 J/hr 170,1 J/kg 0,0409 kg/jam Neraca Panas pada Heat exchanger (HE-103)

41 Tabel B.14 Neraca Panas pada Heat exchanger (HE-103) Masuk Keluar Input 103,3540 Output 1084,6374 Q steam 5,833 Jumlah 103,3540 Jumlah 103, NERACA PANAS PADA KOLOM DESTILASI (MD-101) Fungsi : untuk memisahkan C 5 H 10 O, dan H O sebagian dari CH 3 COOH, HBF 4 dan H O. Tujuan : menghitung kebutuhan air pendingin di kondensor dan menghitung kebutuhan steam di reboiler P destilasi 1 atm 1,0133 bar Menentukan kondisi umpan masuk menara destilasi Dew Point Umpan masuk pada T 373,74 K dan P 1,0133 bar Komponen Kmol Xi P Ki yi.ki HBF 4 0,7773 0,0416 0, , , H O 0,303 0, , , , CH 3 COOH 7,7730 0,4161 0, , , C 5 H 10 O 3,3191 0,7483 1, , , Jumlah 3,1717 1, , Bubble Point Umpan masuk pada T 370,64 K dan P 1,0133 kpa Komponen Kmol Xi P Ki yi.ki HBF 4 0,7773 0,0416 0, , , H O 0,303 0, , , , CH 3 COOH 7,7730 0,4161 0, , , C 5 H 10 O 3,3191 0,7483 1,1448 1, , Jumlah 3,1717 1, ,

42 Menentukan beban panas Feed Komponen Kmol n.cp.dt n.cp.dt n.hv n.cp.dt HBF 4 0, ,695 40,096 37, ,16 H O 0,303 14,688 14,6949 1, ,84 CH 3 COOH 7, , , , ,33 C 5 H 10 O 3, , , , ,9 Jumlah 3, , , , ,77 H V n. 98K Cp.dT + n.hvap373,74k + n. 373,74K 370,64K 98K Cp.dT -1718, , , ,636 J/jam H H L f 98K n. Cp.dT -905,0337 J/jam 373,74K 98K n. Cp.dT -1718,6656 J/jam 373,74K -0,47164 q -0,47164 > 1 dan umpan masuk di atas T bubble maka, kondisi umpan adalah cair dingin. Menentukan Kondisi Puncak Menara Produk keluar pada Dew Point T 393,09 K dan P 1,0133 bar Komponen kmol out Kg P atm K Yi Yi/Ki H O 0,131,3785 0, , ,00691 C 5 H 10 O 3, ,5511 1,0145 1,001 0, ,99314 Jumlah 3, ,7136 1, ,00005 Produk keluar pada Bubble Point T 363,07 C dan P 1,0133 bar Komponen kmol out Kg P atm K Xi Xi.Ki H O 0,131 3,065 0,853 0,8145 0, ,00459 C 5 H 10 O 3, ,5511 1,0143 1,0009 Jumlah 3, ,997 0,6478 1, ,00000

43 Menentukan Kondisi Dasar Menara Produk keluar pada Dew Point T 395,1 K dan P 1,0133 bar Komponen kmol out Kg P atm K Yi Yi/Ki HBF 4 0, ,51 0,746 0,7364 0,0891 0,1104 H O 0,1701 3,066 1,4916 1,470 0,0195 0,0135 CH 3 COOH 7, ,386 1,0433 1,096 0,8914 0,8657 Jumlah 8, ,6973 1,0000 1,00001 Produk keluar pada Bubble Point T 394,3 K dan P 1,0133 bar Komponen kmol out Kg P atm K Xi Xi.Ki HBF 4 0,7773 7,0891 0, ,7677 0, ,0648 H O 0,1701 5,7735 1, , , ,084 CH 3 COOH 7, ,794 1, , , ,9068 Jumlah 15, ,6550 1,0000 1,0000 Menentukan konstanta Underwood Komponen heavy key (j) HBF 4 Dimana q -0,47164 maka, 1 q 1,47164 Dilakukan trial harga θ sampai persamaan di atas mendekati harga 1, Dari trial diperoleh θ 0,5869 Komponen Kmol x F K α α θ (α-θ)/α x F /((α-θ)/α) HBF 4 0,7773 0, , ,4131 0,4131 0, H O 0,303 0, ,0145 1,9166 1,397 0,6938 0, CH 3 COOH 7,7730 0, ,7631 1, ,5916 0,599 0, C 5 H 10 O 3,3191 0,7483 1,153, ,8547 0,7306 0,99116 Jumlah 3,1717 1, ,

44 Menentukan Rm dan R Komponen Kmol Xd xd /((α-θ)/α) H O 0,131 0, ,0081 C 5 H 10 O 3,3191 0, , Jumlah ,36916 Rm + 1 1,36916 Rm 0, Untuk pendingin kondensor digunakan air. Dari buku Treyball didapat untuk pendingin air R/Rm 1, 1,3. Maka, diambil R/Rm 1,5 R 1,5 x 0, ,46145 Menentukan komposisi cairan refluks (Lo) R Lo/D Lo R x D Komponen Kmol/jam kg/jam Lo (mol) Lo (kg) H O 0,131,3786 0, , C 5 H 10 O 3, , , , Jumlah 3, ,997 10, , Menentukan komposisi uap masuk kondensor (V) V Lo + D Komponen V (mol) V (kg) H O 0, ,47614 C 5 H 10 O 34, ,14 34, ,616 Menghitung panas yang dibawa masing masing alur Tabel B.14 Neraca Panas pada Menara Destilasi (MX-101) Panas yang dibawa input feed (Q F ) pada T 370,64 K Komponen Kmol/jam Cp.dT n.cp.dt HBF 4 0, ,380 40,696 H O 0,303 34, ,689 CH 3 COOH 7, , ,156 C 5 H 10 O 3, , ,1935 3, ,6656

45 Panas destilat keluar kondensor (Q D ) pada T 363,07 K Komponen kmol/jam Cp.dT n.cp.dt H O 0,131 34,614 6,4074 C 5 H 10 O 3, ,956 01,0541 3, ,79817 Panas refluks keluar kondensor (Q Lo ) pada T 363,07 K Komponen kmol/jam Cp.dT n.cp.dt H O 0, ,614,9566 C 5 H 10 O 10, ,956 98, ,5810 Panas yang dibawa uap masuk kondensor (Q V ) pada T 373,74 K Komponen L (mol) Hv n.hv Cp.dT n.cp.dt H O 0, , 7, , ,38805 C 5 H 10 O 34, , 1165, , , , , , ,79 077,31817 Panas hasil bawah (Q W ) pada T 395,1 K Komponen kmol/jam Cp.dT n.cp.dt HBF 4 0,7773 3,164 36,8845 H O 0, ,0506 8,337 CH 3 COOH 7, , ,3940 8, ,611 Air Pendingin 30 o C HO C5H10O 100,74 o C 90,07 o C 1 atm 1 atm CD-101 HO C5H10O Air Pendingin Bekas 45 o C

46 Neraca Panas pada Kondensor Q V Q Lo + Q D + Q C Q C 005,79817 ( 077,31817) -71, J/jam Menghitung jumlah air pendingin yang dibutuhkan Air pendingin masuk yang digunakan pada suhu 303 K (30 o C) dan air pendingin keluar pada suhu 318 K (45 o C). Jumlah air pendingin yang dibutuhkan : m air Q pendingin Cp. t m air 0, kg/jam HBF4 HO CH3COOH Saturated Steam 131, o C ;,8 bar 1,1 o C 1 atm RB o C 1 atm HBF4 HO CH3COOH Neraca panas di reboiler Kondensat 131, o C ;,8 bar Q F + Q R Q D + Q W + Q C Q R 854, ,611 + ( 005,7981) ( 1718,6656) 1011,5397 J/jam Menghitung jumlah steam yang dibutuhkan Analog dengan menghitung jumlah Steam yang dibutuhkan pada Heat Exchanger (HE-10). Jumlah steam yang dibutuhkan: m steam Q steam λ steam 1011,5397 J/hr 17,01 J/kg 4,661 kg/jam

47 1. NERACA PANAS PADA KOLOM DESTILASI (MD-10) Fungsi : untuk memisahkan CH 3 COOH dan HO dengan HBF 4. Tujuan : menghitung kebutuhan air pendingin di kondensor dan menghitung kebutuhan steam di reboiler P destilasi 1 atm 1,0133 bar Menetukan kondisi umpan masuk menara destilasi Dew Point Umpan masuk pada T 395,1 K dan P 1,0133 bar Komponen Kmol Yi P Ki yi.ki H O 0,1701 0,0195 1,4916 1,470 0,0135 HBF 4 0,7773 0,0891 0,7461 0,7363 0,1105 CH 3 COOH 7,7730 0,8914 1,0433 1,096 0,8657 Jumlah 8,704 1,0000 1,0000 Bubble Point Umpan masuk pada T 390,7 K dan P 1,0133 bar Komponen Kmol Xi P Ki xi.ki H O 0,1701 0,0195 0,6987 0,6895 0,01345 HBF 4 0,7773 0,0891 1,3886 1,3704 0,115 CH 3 COOH 7,7730 0,8914 0,987 0,9698 0,86441 Jumlah 8,704 1,0000 1,00001 Menentukan beban panas Feed Komponen Kmol n.cp.dt n.cp.dt n.hv n.cp.dt H O 0,1701 8,0473 8,0487 6,9174 8,0441 HBF 4 0, ,795 64,794 4, ,7847 CH 3 COOH 7, , ,615 47, ,5485 Jumlah 8,704 51, ,106 78, ,3773 H V 130,7843 J/jam H 50,3773 J/jam L H -51,1013 J/jam f Q 0,99909 < 1 dan umpan masuk di atas T bubble maka, kondisi umpan adalah cair dingin.

48 Menentukan Kondisi Puncak Menara Produk keluar pada Dew Point T 393,64 K dan P 1,0133 bar Komponen kmol out Kg P atm K Yi Yi/Ki H O 0,1701 3,0657 0,7943 0, ,014 0,0976 CH 3 COOH 7, ,385 1,0196 1, , ,9708 Jumlah 7, , , ,00004 Produk keluar pada Bubble Point T 357,903 K dan P 1,0133 bar Komponen kmol out Kg P atm K Xi Xi.Ki H O 0,1701 3,0657 0,775 0,7180 0,014 0,01538 CH 3 COOH 7, ,385 1,0195 1,0061-0, ,9846 Jumlah 7, , , ,00000 Menentukan Kondisi Dasar Menara Produk keluar pada Dew Point T 37,995 K dan P 1,0133 bar Komponen kmol out Kg P atm K Yi Yi/Ki HBF 4 0, ,51 1,013 0, ,0000 1,00005 Jumlah 0, ,51 1,0000 1,00005 Produk keluar pada Bubble Point T 373 K dan P 1,0133 bar Komponen kmol out Kg P atm K Xi Xi.Ki HBF 4 0, ,51 1, , ,0000 1,00004 Jumlah 0, ,51 1,0000 1,00004 Menentukan konstanta Underwood Komponen heavy key (j) HBF 4

49 Umpan masuk sebagai cairan jenuh maka, q 0, Dilakukan trial harga θ sampai persamaan di atas mendekati harga 0. Dari trial diperoleh θ,04 Komponen Kmol x F K Α α θ (α-θ)/α x F /((α-θ)/α) H O 0,1701 0, ,4703 1,9990 0,0409 0,005 0,00095 HBF 4 0,7773 0, , ,0000 0,1400 1,0400 0, CH 3 COOH 7,7730 0, ,0961 1,398 0,6417 0,4589 0,00194 Jumlah 8,704 1, , Menentukan Rm dan R Komponen Kmol Xd xd /((α-θ)/α) H O 0,1701 0,014 1,04539 CH 3 COOH 7,7730 0,97858,13199 Jumlah 7,9431 1, ,08660 Rm + 1 1,08660 Rm 0, R 1,5 x ,10856 Menentukan komposisi cairan refluks (Lo) Komponen kmol/jam Kg/jam Lo (mol) Lo (kg) H O 0,1701 7,4863 0,0184 0,81044 CH 3 COOH 7, ,385 0, , ,9431 0, ,9950 Menentukan komposisi uap masuk kondensor (V) Komponen V (mol) V (kg) H O 0, ,9675 CH 3 COOH 8, , , ,16838 Menghitung panas yang dibawa masing-masing alur Tabel B.15 Neraca Panas pada Menara Destilasi (MX-101)

50 Panas yang dibawa input feed (Q F ) pada T 390,7 K Komponen kmol/jam Cp.dT n.cp.dt H O 0, ,3956 8,0474 HBF 4 0, , ,794 CH 3 COOH 7, , ,615 8,704 51,1013 Panas destilat keluar kondensor (Q D ) pada T 393,46 K Komponen kmol/jam Cp.dT n.cp.dt H O 0, ,3866 8,0480 CH 3 COOH 7, , ,4510 7, ,4990 Panas refluks keluar kondensor (Q Lo ) pada T 393,46 K Komponen kmol/jam Cp.dT n.cp.dt H O 0, , ,8715 CH 3 COOH 0, , , , ,6356 Panas dibawa uap masuk kondensor (Q V ) pada T 395,1 K Komponen L (mol) Hv n.hv Cp.dT n.cp.dt H O 0, ,656 7, ,381 8,91999 HBF 4 31, ,8333 CH 3 COOH 8, , ,973 40, ,77906 Sub Total 9, , ,77905 Total 9, ,959 Panas hasil bawah (Q W ) pada T 37,995 K Komponen kmol/jam Cp.dT n.cp.dt HBF 4 0, ,086 49,0896 0, ,0896 Neraca Massa pada Kondensor Q C 791, , , J/jam

51 Menghitung jumlah air pendingin yang dibutuhkan Air pendingin yang digunakan pada suhu 303 K (30 o C) dan keluar sebagai air pendingin keluar pada suhu 318 K (45 o C) Jumlah air pendingin yang dibutuhkan : m air m air Q pendingin Cp. t 33, J/Jam 117,3558 J / kg o C(45 30) 0,6513 kg/jam Neraca panas di reboiler Q R 49, , , , ,6455 J/jam Menghitung jumlah steam yang dibutuhkan Analog dengan menghitung jumlah Steam yang dibutuhkan pada Heat Exchanger (HE-10). Jumlah steam yang dibutuhkan: m steam Q steam λ steam 69,6455 J/hr 43,40 J/kg 6,17 kg/jam

52 Neraca Massa Total Kolom Destilasi (MD-10) Input Output Atas Output Bawah Komponen (Alur 10) (Alur 11) (Alur 1) (Alur 13) Kmol Kg Kmol Kg Kmol Kg Kmol Kg CH 3 COOH 4, ,0000 4, , HBF 4 0,091 1,6417 0,0000 0, ,08318,935 0,083 18,935 H O 0, ,5859 0, , Sub Total 4, ,76 4,579 51,6417 0,4167 kmol 36,5859 Kg Total 4, ,76 4,8645 kmol 88,76 kg A.3. NERACA MASSA UNTUK KAPASITAS PRODUKSI ton/tahun Kapasitas produksi per jam : ton/tahun x 1 tahun / 330 hari x 1 hari / 4 jam x 1000 kg / 1 ton 1865,5303 kg/jam Perhitungan dengan basis 1000 kg fresh feed didapatkan produk isopropil asetat sebesar 1865,5303 kg/jam. Untuk mendapatkan produk sebesar 1865,5303 kg/jam maka fresh feed yang dibutuhkan sebesar : Bahan baku (1865,5303 /175) x 1000 kg/jam 1463,1610 kg/jam Factor scale up 1865,5303 /1463,1610 1,750 Faktor scale up merupakan faktor yang harus dikalikan dengan tiap tiap alur dalam neraca massa untuk mendapatkan neraca massa aktual.

53 A.3.1. NERACA MASSA UMPAN SETELAH ADA HASIL RECYCLE Komponen Inject Recycle Output Kg kmol Kg kmol Kg Kmol CH 3 COOH 1865, , , ,09 C 3 H 6 979,4034 3, , , ,744 6,1843 C 3 H ,1080 5,1615 7,1080 5,1615 HF 7,7730 0, BF 3 6,3530 0, HBF ,161 0, ,51 0,7773 H O 5,4411 0, ,4411 0,303 Sub Total 884, , , , , ,5177 Total 4778,0740 kg 99,9063 kmol 4778, ,5177 A.3.. NERACA MASSA PADA MIXER (MX -101) Komponen Input (Alur,3) Output Atas (Alur 5) Kg kmol Kg Kmol HBF 4 34,161 0, ,51 0,7773 HF 7,7730 0, BF 3 6,3530 0, H O 5,4411 0,303 5,4411 0,303 Total 39,567 1, ,567 0,6909 A.3.3. NERACA MASSA PADA MIXER (MX -10) Komponen Input (Alur 1,5,13) Output Atas (Alur 6) Kg kmol Kg kmol CH 3 COOH 1865, , , ,09 HBF 4 34,161 0, ,51 0,7773 H O 5,4411 0,303 5,4411 0,303 Total 1939,36 3, ,36 3,1718

54 A.3.4. NERACA MASSA PADA REAKTOR (R -101) Input Output Komponen Alur 6 Alur 4 Recycle (7) Alur 8 Kg kmol kg Kmol Kg Kmol Kg kmol CH 3 COOH 1865, , ,386 7,7730 H O 5,4411 0, ,4411 0,303 HBF 4 68,51 0, ,51 0,7773 C 3 H ,4034 3, , , , ,865 C 3 H ,1080 5,1615 7,1080 5,1615 C 5 H 10 O ,5511 3,3191 Sub Total 1939,36 3, ,4034 3, , , , ,1985 Total 4778,0740 kg 99,5177 kmol 4778, ,1985 A.3.5. NERACA MASSA PADA ACCUMULATOR (AC-101) Komponen Input (Alur 8) Output Atas (Alur 9) Kg kmol Kg kmol CH 3 COOH 466,386 7, , ,5835 HBF 4 68,51 0, , ,485 H O 5,4411 0,303 C 5 H 10 O 378,5511,6485 Total 918,670 3, ,670 3,1718 A.3.6. NERACA MASSA PADA KOLOM DESTILASI (MD-101) Komponen Input (Alur 9) Output Atas (Alur 10) Output Bawah (Alur 11) Kg kmol Kg Kmol Kg Kmol CH 3 COOH 466,386 7, ,386 7,7730 HBF 4 68,51 0, ,51 0,7773 H O 5,4411 0,303,3786 0,131 3,066 0,1701 C 5 H 10 O 378,5511 3, ,5511 3, Sub Total 918,670 3, ,997 3, ,6973 8,705 Total 918,670 3, ,670 3,1718

55 A.3.7. NERACA MASSA PADA KOLOM DESTILASI (MD-10) Input Output Atas Output Bawah Komponen (Alur 11) (Alur 1) (Alur 13) (Alur 14) Kg Kmol Kg Kmol Kg Kmol Kg Kmol CH 3 COOH 466,386 7, ,386 7, HBF 4 68,51 0, ,161 0, ,161 0,3887 H O 3,066 0,1701 3,066 0, Sub Total 537,6973 8, ,445 7,943 68,51 Kg 0,7773 Kmol Total 537,6973 8, ,6973 Kg 8,705 Kmol