LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA

Transkripsi

1 LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA Waktu operasi Basis perhitungan Satuan operasi : 0 hari / tahun ; 4 jam / hari : jam operasi : kilogram (kg) Bahan baku : - Bisfenol-a (C 5 H 6 O ) - Natrium hidroksida (NaOH) - Fosgen (COCl ) - Katalis (piridin) (C 5 H 5 N) - Metilen klorida (CH Cl ) Produk akhir : Polibisfenol-a Karbonat (polimer) ((C 6 H 4 O ) 4 ) Kapasitas Produksi : 787,8788 kg/jam LA. Reaktor Deprotonasi (R-0) Dalam reaktor ini terjadi reaksi deprotonasi untuk menghasilkan garam bisfenol dan air. NaOH Bisfenol-a () () Reaktor Deprotonasi (R-0) (4) garam bisfenol NaOH Air Bisfenol-a Konversi reaksi = 95% (Fu Sheng, 009) Basis = F bisfenol = 5,4890 kg/jam N bisfenol = massa bisfenol Mr bisfenol 5,4890 kg 8 kg / kmol 5,400 kmol r = konversi N bisfenol = 0,95 5,400 = 4,695 kmol/jam Reaksi yang terjadi di dalam reaktor : NaOH (l) + C 5 H 6 O (s) C 5 H 4 O Na (l) + H O (l) M 0,80 5, B 9,79 4,695 4,695 9,79 S,540 0,7705 4,695 9,79

2 Dimana : M = jumlah mol senyawa mula-mula (kmol) B = jumlah mol senyawa yang bereaksi (kmol) S = jumlah mol senyawa sisa setelah reaksi selesai (kmol) Neraa Massa Komponen : Bisfenol-a : F bisfenol-a = N bisfenol-a Mr = 5,400 8 = 5,4890 kg/jam F 4 bisfenol-a = N 4 bisfenol-a Mr = 0, = 75,6745 kg/jam NaOH : F NaOH = N NaOH Mr = 0,80 40 =,80 kg/jam F 4 NaOH = N 4 NaOH Mr =, = 6,640 kg/jam Garam bisfenol : F 4 garam bisfenol = N 4 aram bisfenol Mr = 4,695 7 F 4 garam bisfenol = 98,954 kg/jam Air : F 4 air = N 4 air Mr = 9,79 8 = 57,04 kg/jam Neraa Massa Total : F 4 = F + F F 4 = F bisfenol-a + F NaOH = 5,4890 +,80 = 4746,9 kg/jam F 4 = F 4 bisfenol-a + F 4 NaOH + F 4 garam bisfenol + F 4 air F 4 = 75, , , ,04 = 4746,9 kg/jam LA. Reaktor Polimerisasi (R-0) Dalam reaktor ini terjadi reaksi polimerisasi untuk menghasilkan polimer (polibisfenol-a karbonat) dan NaCl. Metilen klorida (7) () fosgen Garam bisfenol NaOH Air Bisfenol (8) Reaktor Polimerisasi (6) (R-0) Piridin Metilen klorida (9) (0) fosgen polikarbonat metilen klorida piridin air NaCl Garam bisfenol Bisfenol NaOH

3 Konversi reaksi = 99,8% (Moyer et al, 96) 0,998 4,695 r = konversi N garam bisfenol = 4 0, 99 kmol/jam Reaksi yang terjadi di dalam reaktor polimerisasi : 4C 5 H 4 O Na + 4COCl (C 6 H 4 O ) NaCl M 4,695 4, B 4,647 4,647 0,99 9,9 S 0,049 0,049 0,99 9,9 Dimana : M = jumlah mol senyawa mula-mula (kmol) B = jumlah mol senyawa yang bereaksi (kmol) S = jumlah mol senyawa sisa setelah reaksi selesai (kmol) Neraa Massa Komponen : Garam bisfenol : F 6 garam bisfenol = N 6 garam bisfenol Mr = 0,049 7 F 6 garam bisfenol = 6,769 kg/jam F 8 garam bisfenol = F 4 garam bisfenol = 98,954 kg/jam Fosgen : F fosgen = N fosgen Mr = 0, =,46 kg/jam F 0 fosgen = N 0 fosgen Mr = 4, = 449,05 kg/jam Polikarbonat : F 6 polikarbonat = N 6 polikarbonat Mr = 0,99 09 F 6 polikarbonat = 7, kg/jam NaCl : F 6 NaCl = N 6 NaCl Mr = 9,9 58,5 = 709,94 kg/jam NaOH : F 6 NaOH = F 8 NaOH = 6,640 kg/jam Bisfenol-a : F 6 bisfenol-a = F 8 bisfenol-a = 75,6745 kg/jam Air : F 6 air = F 8 air = 57,04 kg/jam Metilen klorida: F 6 metilen klorida = F 9 metilen klorida + F 7 metilen klorida F 6 metilen klorida = 4778,45 kg/jam Piridin : F 9 Piridin= N 9 Piridin Mr N 9 Piridin = 0, N 4 garam bisfenol = 0, 4,695 =,4640 kmol F 9 Piridin=, = 5,65 kg/jam F 6 Piridin= F 9 Piridin = 5,65 kg/jam

4 Neraa Massa Total : F 8 = F 4 = 4746,9 kg/jam F 9 = F 9 metilen klorida + F 9 Piridin = 76, ,65 = 8,404 kg/jam F 7 = F 7 metilen klorida = 406,59 kg/jam F 0 = F 0 fosgen =449,7 kg/jam F + F 6 = F 8 + F 9 + F 7 + F 0 = 4746,9 + 8, , ,7 F + F 6 = 089,604 kg/jam F + F 6 = F fosgen + F 6 garam bisfenol + F 6 polikarbonat + F 6 NaCl + F 6 NaOH + F 6 bisfenol-a + F 6 air + F 6 metilen klorida + F 6 Piridin F + F 6 =,46 + 6, , + 709,94 + 6, , , ,45 + 5,65 F + F 6 = 089,604 kg/jam. LA. Mixing Point I (M-0) (4) fosgen (5) Mixing Point I (0) fosgen (M-0) fosgen Neraa Massa Komponen: F 4 fosgen = F fosgen =,46 kg/jam. F 0 fosgen = 449,7 kg/jam. F 5 fosgen = F 0 fosgen - F 4 fosgen = 446,8504 kg/jam.

5 LA.4 Dekanter I (FL-0) polikarbonat metilen klorida piridin air NaCl Garam bisfenol Bisfenol NaOH (6) Dekanter I (8) (FL-0) (9) Metilen klorida Polikarbonat Piridin Garam bisfenol NaOH Air Bisfenol NaCl Neraa Massa Komponen: F 6 = F 6 garam bisfenol + F 6 polikarbonat + F 6 NaCl + F 6 NaOH + F 6 bisfenol-a + F 6 air + F 6 metilen klorida + F 6 Piridin F 6 = 6, , + 709,94 + 6, , , ,45 + 5,65 F 6 = 087,40 kg/jam F 9 metilen klorida = F 6 metilen klorida = 4778,45 kg/jam F 9 polikarbonat = F 6 polikarbonat = 7, kg/jam F 9 piridin = F 6 Piridin = 5,65 kg/jam F 9 = F 9 metilen klorida + F 9 polikarbonat + F 9 piridin F 9 = 4778,45 + 7, + 5,65 = 8606,87 kg/jam F 8 NaOH = F 6 NaOH = 6,640 kg/jam F 8 garam bisfenol = F 6 garam bisfenol = 6,769 kg/jam F 8 NaCl = F 6 NaCl = 709,94 kg/jam F 8 bisfenol-a = F 6 bisfenol-a = 75,6745 kg/jam F 8 air = F 6 air = 57,04 kg/jam F 8 = 6, , , , ,04 = 48,04 kg/jam Neraa Massa Total : F 6 = F 9 + F 8 F 6 = F 9 + F 8 = 8606, ,04 = 087,40 kg/jam.

6 LA.5 Dekanter II (FL-0) (7) Metilen klorida polikarbonat metilen klorida piridin (9) Dekanter II (FL-0) (0) Metilen klorida () piridin Prinsip kerja: Metilen klorida Polikarbonat Piridin Penambahan pelarut inert metilen klorida sebanyak 50% dari total metilen klorida yang ditambahkan di reaktor polimerisasi (R-0). Dengan penambahan ini akan mengakibatkan semakin visousnya polikarbonat dan akan membentuk dua fasa antara larutan organik dan larutan aqueous. Efisiensi pemisahan sebesar 90% yang artinya 0% piridin akan berada di fasa organik dan 90%nya berada di fasa aqueous dan sebaliknya untuk metilen klorida. Sedangkan polikarbonat seluruhnya berada di fasa organik. Pemisahan dilakukan seara gravitasi sehingga fasa aqueous akan keluar seara melalui aliran atas, dan fasa organik akan keluar melalui bagian bawah. Neraa Massa Komponen: F 9 metilen klorida = 4778,45 kg/jam F 9 polikarbonat = 7, kg/jam F 9 piridin = 5,65 kg/jam F 7 metilen klorida = 0,5 (F 7 metilen klorida + F 9 metilen klorida ) F 7 metilen klorida = 0,5 4778,45 kg/jam = 89,76 kg/jam F 0 metilen klorida = 0, (F 7 metilen klorida + F 9 metilen klorida ) F 0 metilen klorida = 0, (89, ,45) = 76,758 kg/jam F metilen klorida = 0,9 (F 7 metilen klorida + F 9 metilen klorida ) F metilen klorida = 0,9 (89, ,45) = 6450,7659 kg/jam F polikarbonat = F 9 polikarbonat = 7, kg/jam F 0 piridin = 0,9 F 9 piridin

7 F 0 piridin = 0,9 5,65 = 04,087 kg/jam F piridin = 0, F 9 piridin F piridin = 0, 5,65 =,565 kg/jam Neraa Massa Total: F 9 + F 7 = F 9 metilen klorida + F 9 polikarbonat + F 9 piridin + F 7 metilen klorida F 9 + F 7 = 4778,45 + 7, + 5, ,76 = 0955,9 kg/jam. F 0 + F = F 0 metilen klorida + F 0 piridin + F metilen klorida + F piridin + F polikarbonat F 0 + F = 76, , ,7659 +, , F 0 + F = 0955,9 kg/jam. LA.6 Mixing Point III (M-0) () piridin metilen klorida Neraa Massa Komponen: F piridin = 78,49 kg/jam. F metilen klorida = 540 kg/jam. F 9 piridin = 87,4 kg/jam. (6) Mixing Point III (9) piridin (M-0) piridin metilen klorida F 6 piridin = F 9 piridin - F piridin = 87,4-78,49 = 8,7 kg/jam. F 9 metilen klorida = F metilen klorida = 540 kg/jam.

8 LA.7 Washer (W-0) Pada washer ini ditambahkan sejumlah air panas bersuhu 80 o C untuk menetralisir ph larutan. (6) air polikarbonat metilen klorida piridin Neraa Massa Komponen: F piridin =,565 kg/jam. F polikarbonat = 7, kg/jam. F metilen klorida = 6450,7659 kg/jam. () Washer (7) (W-0) polikarbonat metilen klorida piridin air F 6 air = F = F metilen klorida + F piridin + F polikarbonat = 074,454 kg/jam. F 7 piridin =,565 kg/jam. F 7 polikarbonat = 7, kg/jam. F 7 metilen klorida = 6450,7659 kg/jam. F 7 air = F 6 air = 7, kg/jam. Neraa Massa Total: F + F 6 = F metilen klorida + F piridin + F polikarbonat + F 6 air F + F 6 = 6450,7659 +, , + 074,454 = 048,9047 kg/jam. F 7 = F 7 metilen klorida + F 7 piridin + F 7 polikarbonat + F 7 air F 7 = 6450,7659 +, , + 7, = 048,9047 kg/jam.

9 LA.8 Splitter (SP-0) Fungsi splitter adalah untuk membagi aliran metilen klorida (reyle) ke mixing point II dan ke dekanter II. Pembagian didasarkan pada penambahan 50% metilen klorida ke dekanter II berasal dari Splitter. () Splitter () metilen klorida (SP-0) metilen klorida (7) metilen klorida Neraa Massa Komponen: F metilen klorida = 640,59 kg/jam. F 7 metilen klorida = 0,5 (F 7 metilen klorida + F 9 metilen klorida ) = 89,76 kg/jam F metilen klorida = F metilen klorida - F 7 metilen klorida F metilen klorida = 640,59-89,76 = 404,47 kg/jam. Neraa Massa Total: F = F 7 + F F = 89, ,47 = 640,59 kg/jam. LA.9 Flash Drum (S-0) Alat ini digunakan untuk memisahkan pelarut (metilen klorida) dari ampurannya sehingga dapat direyle ke reaktor polimerisasi (R-0). Prinsip peristiwa perpindahan: Perbedaan komposisi fasa air dan fasa uap setiap zat dalam ampuran pada saat kesetimbangan atau perbedaan atau perpindahan titik didih (boiling point)/tekanan uap (vapor pressure) setiap zat dalam ampuran pada kondisi operasi alat (Walas, 988). Prinsip kerja alat: Flash drum digunakan karena zat yang diinginkan memiliki perbedaan titik didih yang sangat jauh dari zat yang lain. Perpindahan terjadi saat ampuran menapai kesetimbangan, zat dengan komposisi fasa air yang lebih banyak akan berada pada

10 bagian bottom sedangkan zat dengan komposisi fasa uap yang lebih banyak akan berada pada bagian atas (menguap) (Geankoplis, 00 ; Walas, 988). polikarbonat metilen klorida piridin air () metilen klorida piridin air (7) Flash Drum () (S-0) polikarbonat metilen klorida piridin air Dimana: Titik didih senyawa pada tekanan atm (0, 5 kpa) Air (H O) 00 o C (Windhloz, 98) Metilen klorida (CH Cl ) 9,6 o C (Perry, 008) Piridin (C 5 H 5 N) 5, o C (Perry, 008) Polikarbonat ((C 6 H 4 O ) 4 ) diasumsikan seluruhnya berada pada aliran bottom karena titik flash yang sangat jauh yaitu 60 o C (Cityplasti, 009) sehingga untuk penghitungan komposisi keseimbangan hanya ada komponen yaitu air, metilen klorida, dan piridin. Laju alir massa F 7 = 048,9047 kg/jam F 7 air = 074,454 kg/jam F 7 metilen klorida = 6450,7659 kg/jam F 7 piridin =,565 kg/jam F 7 polibisfenol-a karbonat = F polibisfenol-a karbonat = 7, kg/jam

11 Penentuan temperatur flash drum Fraksi masing masing komponen pada umpan (alur 7) X 7 air = 0,9 X 7 metilen klorida = 0,8768 X 7 piridin = 0,00 Pada kondisi operasi : P = atm (0,5 kpa) T = 50 o C (,5 K) X i = Z i P buble = Σ X i. P i sat (Smith, dkk, 005) Y i = K i.z i P dew = Y i sat i P (Smith, dkk, 005) Tabel LA. Data Trial Temperatur dan Komposisi Flash Drum (S-0) Komponen X i P i sat* K i (P i sat /P) X i. P i sat K i.x i metilen klorida 0, ,67,48 6,4904,484 0,00865 air 0,9,405 0,4,5 0,049 0,000 piridin 0,00 9,4677 0,094 0,0 0,000 0,0000 total 66,66 0,00986 * App B Smith, dkk, 005 Dari tabel di atas diperoleh : Pdew < P < Pbuble, sehingga terjadi keseimbangan uap air (Daubert, 985). Y i sat i P Penentuan komposisi umpan dan bottom Flash Drum. Mol total umpan masuk, N = 64,477 kmol/jam

12 Z metilen klorida = X metilen klorida = 0,8768 Z air = X air = 0,9 Z piridin = X piridin = 0,00 f (V j ) = Zi( Ki V ( K i ) ) Zi( Ki ) f (V j ) = V ( K ) i f ( Vj) V j+ = V j f '( Vj) j = 0,,,,.dst dilakukan iterasi hingga nilai V j+ = V j (Smith, dkk, 005) Iterasi. Vo = 0,4 f (V o ) = 0,000 f (V o ) = 0,97 f ( Vo ) V = V o f ' ( V ) V = 0,4 o 0,000 0,97 V = 0,4 0,0006 V = 0,4 Maka, V = 0,4 dan L = 0,8666 Z i. F = X i. L + Y i. V ; Y i = K i. X i Z i. F = X i. L + K i. X i. V Z i. F = X i.( L + K i.. V) Zi. F X i = L K. V i Basis F = mol, maka X metilen klorida = 0,000 X air = 0,9978 X piridin = 0,0

13 Maka komposisi senyawa di bottom adalah : F polikarbonat = F 7 polikarbonat = 7, kg/jam F piridin = X piridin L N Mr piridin F piridin = 0,0 0, , =,788 kg/jam. F metilen klorida = 0,000 0, ,548 84,9 = 47,706 kg/jam. F air = 0,9978 0, ,548 8 = 9.985,7669 kg/jam. Neraa Massa Komponen: F piridin = F 7 piridin F piridin =,565,788 = 8,85 kg/jam. F metilen klorida = F 7 metilen klorida F metilen klorida F metilen klorida = 6.450, ,706 = 6.40,595 kg/jam. F air = F 7 air F air = 0.74, ,7669 F air = 88,6855 kg/jam. Neraa Massa Total F = F polikarbonat + F piridin + F metilen klorida + F air F =.7, +, , ,7669 =.747,795 kg/jam. F = F polikarbonat + F piridin + F metilen klorida + F air F = 0 + 8, , ,6855 = 6.60, kg/jam. F + F = 6.60, +.747,795 = 0.48,9047 kg/jam. LA.0 Mixing Point II (M-0) () metilen klorida () Mixing Point II (7) metilen klorida (M-0) metilen klorida Neraa Massa Komponen:

14 F metilen klorida = 404,47 kg/jam. F 7 metilen klorida = 406,59 kg/jam F metilen klorida = F 7 metilen klorida - F metilen klorida = 404,47-406,59 F metilen klorida = 47,706 kg/jam. LA. Evaporator I (FE-0) Alat ini digunakan untuk menguapkan piridin, metilen klorida, dan sebagian besar air yang terdapat dalam ampuran polikarbonat. Kadar polikarbonat masuk = 7% Kadar polikarbonat keluar = 50% () Evaporator I (5) (FE-0) polikarbonat air metilen klorida piridin Neraa Massa Komponen: (4) F 4 metilen klorida = F metilen klorida = 47,706 kg/jam. F 4 piridin = F piridin =,788 kg/jam. F 5 air = F air - (0,5 F air ) / 0,5 F 5 air = 7, kg/jam. metilen klorida air piridin polikarbonat air F 4 air = F air - F 5 air = 9985,7669-7, = 67,6457 kg/jam. F 5 polikarbonat = F polikarbonat = 7, kg/jam. Neraa Massa Total: F 4 = F 4 piridin + F 4 metilen klorida + F 4 air =, , ,6457 F 4 = kg/jam. F 5 = F 5 polikarbonat + F 5 air = 7, + 7, = 744,44 kg/jam.

15 LA. Evaporator II (FE-0) Alat ini digunakan untuk menguapkan sebagian besar air yang terdapat dalam ampuran polikarbonat dari evaporator I dengan memanfaatkan uap panas yang dihasilkan dari evaporator I.. Kadar polikarbonat masuk = 50% Kadar polikarbonat keluar = 70% (6) air (5) polikarbonat air Evaporator II (FE-0) (7) polikarbonat air Neraa Massa Komponen: F 7 air = (F 5 polikarbonat - 0,7 F 5 polikarbonat )/0,7 F 7 air = (7, - 0,7 7,)/0,7 = 590,909 kg/jam. F 7 polikarbonat = F 5 polikarbonat = 7, kg/jam. F 6 air = F 5 air - F 7 air = 7, - 590,909 =, kg/jam. Neraa Massa Total: F 7 = F 7 polikarbonat + F 7 air = 7, + 590,909 = 50,00 kg/jam. F 6 = F 6 air =, kg/jam.

16 LA. Evaporator III (FE-0) Alat ini digunakan untuk menguapkan sebagian besar air yang terdapat dalam ampuran polikarbonat dari evaporator II dengan memanfaatkan uap panas yang dihasilkan dari evaporator II. Kadar polikarbonat masuk = 70% Kadar polikarbonat keluar = 90% (8) air (7) polikarbonat air Evaporator III (FE-0) (40) polikarbonat air Neraa Massa Komponen: F 40 air = (F 40 polikarbonat - 0,9 F 40 polikarbonat )/0,9 F 40 air = (7, - 0,9 7,)/0,9 = 4,4579 kg/jam. F 40 polikarbonat = F 7 polikarbonat = 7, kg/jam. F 8 air = F 7 air F 40 air = 7, - 4,4579 = 78,45 kg/jam. Neraa Massa Total: F 40 = F 40 polikarbonat + F 40 air = 7, + 4,4579 = 44,579 kg/jam. F 8 = F 8 air = 78,45 kg/jam.

17 LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA PANAS Kapasitas Produksi : 787,8788 kg/jam Basis perhitungan : jam operasi Waktu operasi : 0 hari / tahun ; 4 jam / hari Satuan operasi : kg/jam Suhu referensi : 5 o C (98,5 K) Neraa panas in i menggunakan rumus-rumus perhitungan sebagai berikut: Persamaan untuk menghitung kapasitas panas (Reklaitis, 98): Cp = a + bt + T + dt Jika Cp adalah fungsi dari temperatur maka persamaan menjadi: T T CpdT a( T T ) b ( T T ) ( T T ) d ( T 4 4 T 4 ) Untuk sistem yang melibatkan perubahan fasa persamaan yang digunakan adalah: T CpdT Tb Cp dt H T VI T T Tb Cp Perhitungan energi untuk sistem yang melibatkan reaksi: v dt dq dt r H ( T ) r N T T CpdT out N T T CpdT in B. Data Perhitungan Cp Tabel LB. Nilai Konstanta a,b,,d dan e untuk perhitungan Cp airan Komponen a b d C 5 H 5 N,078E+06 -,478E+0, HCl,77E+0 0,904-0,0056,E-05 CH Cl 7,996 0,7985-0,005 5,55E-06 H O,89E+0 0,47-0,00,4E-06 Sumber : (Reklaitis, 98) Cp = a + bt + T + dt [J/mol K] T T CpdT a( T T ) b ( T T ) ( T T ) d ( T 4 4 T 4 )

18 Tabel LB. Nilai konstanta a,b,,d,dan e untuk perhitungan Cp gas Komponen a b d e Fosgen,E+0 0, -0,000,86E-07-9,4E- Air,4047E+0-9,65604E-0,988E-05 -,04467E-08 4,08E- Sumber : (Reklaitis, 98) C pg = a + bt + T + dt + et 4 [J/mol. K] T T Cp g dt a( T T ) b ( T T ) ( T T ) d ( T T ) e ( T T ) B. Estimasi Cp B.. Estimasi Cp Padatan dengan Metode Hurst dan Harrison Tabel LB. Kontribusi unsur dan gugus untuk estimasi Cp Unsur ΔE (J/mol.K) C 0,89 H 7,56 O,4 Sumber : (Perry, 999) Perhitungan kapasitas panas dihitung dengan rumus: Dimana: (Perry, 999) Cp = Kapasitas panas (kj/kmol.k) N i = Jumlah unsur i dalam senyawa ΔE i = Nilai kontribusi unsur i Kapasitas panas padatan bisfenol-a (C 5 H 6 O ) : Cp = 5 0, ,56 +,4 Cp =,500 kj/kmol.k B.. Estimasi Cp Cairan dengan Metode Chueh dan Swanson Tabel LB.4 Kontribusi Gugus Kapasitas Panas Cairan Gugus Harga CH 9,95 C

19 C,80 H,5 O 8,4 OH 0,5 4,5 C O Sumber : (Reid, 977) Tabel LB.5 Data Panas Laten Air Hvl (kj/kg) T ( o C) 89 4,7,0 96,44 8, ,48 Sumber : (Geankoplis, 00) B. Panas Pembentukan Standar Tabel LB.6 Data Panas Pembentukan Standar Komponen H o f Fosgen -8,8 kj/kgmol Natrium Klorida -407,7 kj/kgmol Natrium Hidroksida -470,4 kj/kgmol Pirid in 40,0 kj/kgmol Asam Klorida -67,59 kj/kgmol Metilen Klorida -,46 kj/kgmol Air -85,8 kj/kgmol Garam Bisfenol -874,7 kj/kgmol Polikarbonat -807,9 kj/kgmol Bisfenol-a -646,8968 kj/kgmol Sumber : (Purba, 000 ; Yaws, 99)

20 LB. Reaktor Deprotonasi (R-0) Saturated Steam 4,7 o C Bisfenol-a 5 o C; atm NaOH 5 o C; atm 4 Bisfenol-a NaOH Garam Bisfenol Air 40 o C; atm Kondensat 4,7 o C Neraa Panas Masuk Panas masuk pada alur, (Q ) = 98,5 N s CpdT = 0 98,5 Panas masuk pada alur, (Q ) = 98,5 N s CpdT = 0 98,5 Neraa Panas keluar Panas keluar pada alur 4, (Q 4 ) = 4 N s,5 98,5 CpdT Q 4(bisfenol-a) = 4 N bisfenola,5 CpdT = 0,7705 kgmol/jam x 4667,500 kj/kgmol 98,5 = 596,54 kj/jam Q 4(NaOH) = 4 N NaOH,5 CpdT =,540 kgmol/jam x 0,0497 kj/kgmol 98,5 = 0,0766 kj/jam Q 4(garam bisfenol) = N 4 garambisfe nol,5 98,5 CpdT = 4,695 kgmol/jam x,805 kj/kgmol = 6,5049 kj/jam

21 Q 4(air) = 4 N air,5 CpdT = 9,79 kgmol/jam x 5,7906 kj/kgmol 98,5 Q out = 96,08 kj/jam = Q 4(bisfenol A) + Q 4(NaOH) + Q 4(garam bisfenol) + Q 4(air) = 596,54 kj/jam + 0,0766 kj/jam + 6,5049 kj/jam + 96,08 kj/jam = 6584,850 kj/jam Reaksi di dalam Reaktor Deprotonasi: NaOH (l) + C 5 H 6 O (s) C 5 H 4 O Na (l) + H O (l) r r = konversi x N garam bisfenol = 0,95 x 5,400 = 4,695 kmol/jam Panas reaksi yang terjadi pada 5 o C dan atm: Hr (5 o C) = [ H o f produk- H o f reaktan] = [ H o fc 5 H 4 O Na + x H o f H O x H o f NaOH- H o f C 5 H 6 O ] = [(-874,70)+(x-85,8)-(x-470,4)-(-646,8968)] = 4,098 kj/jam Hr (40 o C) = Hr(5 o C)+,5 Cpgarambisfe noldt 98,5 + x,5 98,5 Cp air dt - x,5 98,5 Cp NaOH dt -,5 Cp bisfenola 98,5 dt Q reaksi dq/dt = 4,098 +,805 + x 5,7906 x 0, ,500 = -7,85 kj/jam = -7,85 kj/jam x 4,695 kmol/jam = -7,965 kj/jam = Q out Q in + Q reaksi = 6584, ,965 =,855 kj/jam Tanda positif menunjukkan sistem membutuhkan panas sebesar,855 kj/jam sehingga untuk memenuhi kebutuhan panas ini dibuat koil pemanas yang di dalamnya mengalir saturated steam 4,7 o C. Massa saturated steam (4,7 o C) yang diperlukan adalah:

22 m = dq / dt (4,7 0 C ) =, =,50 kg/jam LB. Cooler (E-0) Air 5 o C Bisfenol Garam bisfenol NaOH Air 40 o C, atm 4 8 Bisfenol Garam bisfenol NaOH Air 5 o C, atm Air 5 o C Neraa Panas Masuk: Q in =N 4 bisfenol-a,5 CpdT +N 4 NaOH,5 CpdT +N 4 garam bisfenol,5 CpdT + N 4 air,5 98,5 98,5 98,5 98,5 CpdT = 0,7705 x 4,667 +,540 x 0, ,695 x, ,79 x 5,7906 = 99,857 kj/jam Neraa Panas Keluar: 98,,5 Q out =N 8 bisfenol-a CpdT +N 8 NaOH 98,5 CpdT +N 8 garam bisfenol 98,5 CpdT +N 8 air 98,5 98,5 98,5 98,5 98,5 = 0 Panas yang dibutuhkan adalah: dq/dt = Q out Q in = 0-99,857 = -99,857 Air Pendingin masuk (5 o C) ; H = 6,9 kj/kg Air Pendingin keluar (5 o C) ; H = 04,8 kj/kg (Rogers dan Mayhew, 995) CpdT

23 Maka, massa air pendingin yang diperlukan: m = m = m dq / dt H H 99,857 4,9 = 787,4054 kg/jam LB. Reaktor Polimerisasi (R-0) Fosgen 5 o C;,6 atm Metilen Klorida 5 o C, atm Bisfenol A Garam bisfenol NaOH Air 5 o C, atm Air Pendingin 5 o C, atm 7 8 Bisfenol A Garam bisfenol NaOH Air NaCl Metilen Klorida Polikarbonat Piridin 5 o C, atm Air pendingin keluar 5 o C, atm 0 Fosgen 5 o C;,6 atm Panas Masuk = 98,5 7 N senyawa 98,5 CpdT + 98,5 8 N senyawa 98,5 CpdT + 98,5 0 N senyawa CpdT = 0 98,5 Panas Keluar = 98,5 N senyawa 98,5 CpdT + 98,5 N senyawa CpdT = 0 98,5 Reaksi dalam reaktor ini adalah: 4C 5 H 4 O Na + 4COCl (C 6 H 4 O ) NaCl Konversi reaksi = 99,8% ,695 r = konversi N garam bisfenol = 4 0, 99 kmol/jam Hr (5 o C) = [ H o f produk- H o f reaktan] = [ H o f (C 6 H 4 O ) x H o f NaCl 4 x H o f C 5 H 4 O Na 4 x H o f COCl ]

24 Q reaksi = [(-807,90) + (86x-407,70) - (4x-847,7) - (4 x -8,8)] = -6046,7460 kj/jam = -6046,7460 kj/jam x 0,99 kmol/jam = -055,890 kj/jam Panas yang dibutuhkan adalah: dq/dt = Q out Q in + Q reaksi = 0 (-055,890) = 055,890 Air Pendingin masuk (5 o C) ; H = 6,9 kj/kg Air Pendingin keluar (5 o C) ; H = 04,8 kj/kg (Rogers dan Mayhew, 995) Maka, massa air pendingin yang diperlukan: m = m = m dq/ dt H H 055,890 4,9 = 49,05 kg/jam LB.4 Washer (W-0) Air 80 o C, atm 6 Polikarbonat Piridin Metilen Klorida 5 o C, atm 7 Polikarbonat Piridin Metilen Klorida Air 4,69 o C, atm Neraa Panas Masuk: 98,5 Q = N polikarbonat CpdT + N piridin Q 6 = N 6 air Q in 5,5 98,5 98,5 CpdT + N metilen 98,5 98,5 98,5 98,5 CpdT = 0 CpdT = 565,474 x 449,778 =.45.,7440 kj/jam = Q + Q 6 = ,7440 =.45.,7440 kj/jam

25 Panas yang masuk pada washer sama dengan panas yang keluar. Dengan ara trial and eror diperoleh suhu keluar sebesar 4,69 o C. LB.5 Heater (E-04) Saturated steam 4,7 o C;,5 atm Polikarbonat Piridin Metilen Klorida Air 4,69 o C, atm 7 8 Polikarbonat Piridin Metilen Klorida Air 50 o C, atm Neraa Panas Masuk: Kondensat 4,7 o C;,5 atm Q in =N 7 polikarbonat 07,84 CpdT +N 7 piridin 07,84 CpdT +N 7 metilen 07,84 CpdT + N 7 air 07,84 98,5 98,5 98,5 98,5 = 0,99 x, ,464 x 98449, ,6 x 786, ,474 x 74,9755 =.45.,744 kj/jam Neraa Panas Keluar: CpdT Q out =N 8 polikarbonat,5 CpdT +N 8 piridin.5 CpdT +N 8 metilen.5 98,5 98,5 98,5 CpdT + N 8 air 07,84 98,5 CpdT N 8 metilen x H vl +N 8 piridin x H vl + N 8 air x H vl = 0,99 x 579, + 0,464 x 840, ,6 x 074, ,474 x 878, ,6 x ,47+ 0,464 x 86, ,474 x 567,8679 = ,6409 kj/jam Panas yang dibutuhkan adalah: dq/dt = Q out Q in = ,6409 kj/jam.45.,744 kj/jam = ,8968 kj/jam

26 Massa saturated steam (4,7 o C) yang diperlukan adalah: m = = dq / dt (4,7 0 C ) , = 78,4084 kg/jam LB.6 Heater (E-0) Saturated steam 4,7 o C;,5 atm Air 5 o C, atm 5 6 Air 80 o C, atm Neraa Panas Masuk: Q in =N 5 air 98,5 98,5 CpdT = 0 Neraa Panas Keluar: Kondensat 4,7 o C;,5 atm Q out =N 6 air 5,5 98,5 CpdT = 565,474 kgmol/jam x 449,778 kj/kgmol =.45.,7440 kj/jam Panas yang dibutuhkan adalah: dq/dt = Q out Q in = 0.45.,7440 kj/jam = -.45.,7440 kj/jam Massa saturated steam (4,7 o C) yang diperlukan adalah: m = dq / dt (4,7 0 C ) m =.45., = 07,4078 kg/jam

27 LB.7 Dessiant (DS-0) Udara Panas Masuk DS-0 T = 0 o C H = 0,005 kg H O / kg udara kering Udara Panas Keluar T = 5 o C H = 0,057 kg H O / kg udara kering Udara panas masuk: Temperatur H = 0 o C = 0,005 kg H O/kg udara kering Udara keluar meninggalkan dessiant dengan humiditi 00% sehingga diperoleh: Temperatur = 5 o C H = 0,057 kg H O/kg udara kering (Fig. Humidity Chart dalam Larian, 950) Banyaknya jumlah uap air yang dijerap adalah 97,569 kg/jam. Maka massa udara panas yang dibutuhkan dapat dihitung dengan menggunakan rumus : m H H massa udara panas yang dibutuhkan adalah: 97,569 0,057 0,005 64,7758 kg/jam. (Larian, 950) Udara panas masuk ke dessiant setiap empat jam sehingga jumlah udara panas yang dibutuhkan adalah : 64,7758 / 4 = 608,4440 kg/jam. LB.8 Condenser (E-0) Air 5 o C Metilen 50 o C, atm 5 Metilen 5 o C, atm Air 5 o C

28 Neraa Panas Masuk: Q = N metilen,5 98,5 CpdT = 75,985 x 074,5595 = 5648,6878 kj/jam Panas yang dilepas pengembunan uap metilen klorida : Q = m. λ = 75, ,57 = , kj/jam Q in = Q + m. λ = 5648, , = ,8000 kj/jam Neraa Panas Keluar: Q out =N 5 air 98,5 98,5 CpdT = 0 Panas yang dibutuhkan adalah: dq/dt = Q out Q in = ,8000 kj/jam = ,8000 kj/jam Air Pendingin masuk (5 o C) ; H = 6,9 kj/kg Air Pendingin keluar (5 o C) ; H = 04,8 kj/kg (Reklaitis, 98) Maka, massa air pendingin yang diperlukan: m = m = m dq/ dt H H , ,9 = 5.499,44 kg/jam

29 LB.9 Evaporator I (FE-0) 4 Polikarbonat Piridin Metilen Klorida Air 5 o C Piridin Metilen Klorida Air 4,7 o C Saturated steam 4,7 o C Polikarbonat Air 4,7 o C 5 Diasumsikan t pada = 0 o C. Neraa Panas Masuk Evaporator I: Q in,5 = N polikarbonat CpdT +N metilen,5 CpdT + N piridin,5 CpdT + N air,5 98,5 98,5 98,5 98,5 = 0,99 x 579, + 0,5554 x 074, ,046 x.8.40, ,7648 x 89,9 =.666,47,09 kj/jam CpdT Neraa Panas Keluar Evaporator I: Q out =N 5 polikarbonat 87,85 CpdT + N 5 air 87,85 98,5 98,5 CpdT +N 4 metilen x H vl +N 4 piridin x H vl + N 4 air x H vl = 0,99 x 078, + 06,90 x 6796, ,046 x ,47 + 0,5554 x 86, ,559 x 567,8679 = ,98 kj/jam Panas yang dibutuhkan untuk menguapkan air sehingga konsentrasi polikarbonat yang keluar dari evaporator I sebesar 50 % adalah: dq/dt = Q out Q in = , ,47,09

30 = 7.6.5,896 kj/jam Media pemanas yang digunakan adalah saturated steam pada temperatur 4,7 o C. Data saturated steam pada 4,7 o C yang diperoleh dari App A.-9 Geankoplis, 00 sebagai berikut: λ (Panas penguapan steam pada suhu 4,7 o C) = 89 kj/kg Maka steam yang dibutuhkan: m = = dq / dt 7.6.5, =.6,946 kg/jam LB.0 Evaporator II (FE-0) 6 Polikarbonat Air 4,7 o C Uap panas 4,7 o C 5 Air 96,4 o C Polikarbonat Air 96,4 o C 7 Diasumsikan t = 8,4 o C. Neraa Panas Masuk Evaporator I: Q in 87,85 = N 5 polikarbonat CpdT +N 5 air 87,85 98,5 98,5 CpdT = 0,99 x 078, + 06,90 x 6796,584 = ,094 kj/jam Neraa Panas Keluar Evaporator II:

31 Q out =N 7 polikarbonat 69,49 98,5 CpdT + N 7 air 69,49 98,5 CpdT + N 6 air x H vl = 0,99 x 65, ,88 x 59,79 + 7,845 x,0 = ,0080 kj/jam Panas yang dibutuhkan untuk menguapkan air sehingga konsentrasi polikarbonat yang keluar dari evaporator II sebesar 70 % adalah: dq/dt = Q out Q in = , ,094 = ,04 kj/jam Media pemanas yang digunakan adalah saturated steam pada temperatur 4,7 o C yang berasal dari uap evaporator I (FE-0). Data saturated steam pada 4,7 o C yang diperoleh dari App A.-9 Geankoplis, 00 sebagai berikut: λ (Panas penguapan steam pada suhu 4,7 o C) = kj/kg Maka uap panas yang dibutuhkan: m = m = m dq / dt 47654,0 4 =,9087 kg/jam LB. Evaporator III (FE-0) 8 Polikarbonat Air 96,4 o C Uap panas 96,4 o C 7 Air 64, o C Diasumsikan t =,07 o C. Neraa Panas Masuk Evaporator III: 4 Polikarbonat Air 64, o C

32 Q in = N 7 polikarbonat 96,49 98,5 CpdT +N 7 air 96,49 98,5 CpdT = 0,99 x 65, ,88 x 59,79 = 67447,6 kj/jam Neraa Panas Keluar Evaporator III: Q out =N 4 polikarbonat 7,887 98,5 CpdT + N 4 air 7,887 98,5 CpdT + N 8 air x H vl = 0,99 x 908,7786 +,94 x 95,9 + 65,4695 x 8,0897 = 469,960 kj/jam Panas yang dibutuhkan untuk menguapkan air sehingga konsentrasi konsentrasi polikarbonat yang keluar dari evaporator III sebesar 90% adalah: dq/dt = Q out Q in = 46.9, ,6 = - 4,877 kj/jam Media pemanas yang digunakan adalah saturated steam pada temperatur 96,4 o C yang berasal dari uap dari evaporator II. Data saturated steam pada 96,4 o C yang diperoleh dari App. A-.9 Geankoplis, 00 adalah sebagai berikut: λ (Panas penguapan steam pada suhu 96,4 o C) = 65 kj/kg Maka uap panas yang dibutuhkan: m = m = m dq / dt 4, = 9,085 kg/jam

33 LB. Condenser (E-05) Air 5 o C Uap Air 64, o C 9 40 Air 5 o C Neraa Panas Masuk: Air 6 o C Q 9 = N 9 uap air 7,7 98,5 CpdT = 65,4695 x 7,97 = 8684,6985 kj/jam Panas yang dilepas pengembunan uap air : Q = m. λ = 65, ,8 =.675.0,088 kj/jam Q in = Q 9 + m. λ = 8684, ,088 = ,77 kj/jam Neraa Panas Keluar: Q out =N 4o air 98,5 98,5 CpdT = 0 Panas yang dibutuhkan adalah: dq/dt = Q out Q in = ,77 kj/jam = ,77 kj/jam Air Pendingin masuk (5 o C) ; H = 04,8 kj/kg Air Pendingin masuk (6 o C) ; H = 50,86 kj/kg (Geankoplis, 00) Maka, massa air pendingin yang diperlukan: m = m = m dq/ dt H H , 77 46,6 = 59954,9 kg/jam

34 LB. Rotary Dryer (DD-0) 4 F padatan masuk = 796,708 kg/jam T = 9,87 o C X air = 0% 4 DD-0 4 T = 70 o C 0 Udara Panas, 0 o C T = 80 o C X air = % Temperatur basis, T o = 0 o C Panas laten air (0 o C), λ = 50,6 kj/kg.k Kapasitas panas polimer, Cp padatan =,0998 kj/kg.k Panas humiditas air udara, Cs =,005 +,88H Humiditas udara (T udara masuk 0 o C), H in = 0,006 kg H O/kg udara (Walas, dkk., 005) Kapasitas panas air, Cp air = 4,87 kj/kg.k Kapasitas panas udara, Cp udara =,007 kj/kg.k H udara = Cs (T i -T o ) + H i.λ o H padatan = Cp padatan (T i -T o ) + X i. Cp air (T i -T o ) Dimana: H = entalpi (kj/kg) Cs = panas humiditas air udara (kj/kg.k) Cp = kapasitas panas (kj/kg.k) H = humiditas udara (kg H O/kg udara ker in g) X = moisture ontent padatan (kg air/kg padatan) λ = panas laten air (kj/kg) T = temperatur (0 o C) 0 o C, H udara masuk = (,005 +,88 0,006) (0-0) + 0,006 50,6 0 o C, H udara masuk = 6, o C, H udara keluar = H 4 = (,005 +,88 H 4 ) (70-0) + H 4 50,6 70 o C, H udara keluar = H 4 = 70,5 + 6, H 4 H padatan masuk = (,0998) (64,48-0) + 0, 4,87 (64,48-0) = 66,787

35 H padatan keluar = (,0998) (80-0) + 0,0 4,87 (80-0) = 74,68 Tabel LB.7 Entalpi Rotary Dryer (kj/kg) Alur H masuk H keluar 0 Udara 6, ,5 + 6, H 4 4 Padatan 66, ,68 F padatan = 796,708 kg/jam Neraa Panas Total Rotary Dryer Asumsi : kondisi adiabatis, udara panas penger in g kontak langsung dengan padatan. dq dt Q out Q in = 0 Q out = Q in F udara H udara masuk + F padatan H in = udara H udara keluar + F padatan H 4 F udara H udara masuk + F padatan H in = udara H 4 + F padatan H 4 F udara 6, ,708 66,787 = F udara (70,5 + 6, H 4 ) + 796,708 74,68 F udara 6, , = F udara (70,5 + 6, H 4 ) ,98 6,8004 F udara.08,807 = 70,5 F udara + 6, F udara H 4 56,4504 F udara.08,807 = 6, F udara H 4 ---*) Neraa Massa Kandungan Air F udara H in + F padatan X in = F udara H 4 + F padatan X out F udara 0, ,708 0, = F udara H ,708 0,0 0,006 F udara + 79,6708 = F udara H ,94 0,006 F udara +,766 = F udara H 4 ---**) Dengan mensubstitusi persaman **) ke persamaan *), maka diperoleh: 56,4504 F udara.08,807 = 6, (0,006 F udara +,766) 56,4504 F udara.08,807 = 5,79 F udara ,58 56,4504 F udara 5,79 F udara = 589.4, ,807 40,65 F udara = ,5087 F udara =.949,46 kg/jam H 4 = 0,00 kg air / kg udara kering.

36 LAMPIRAN C PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN LC. Tangki Penyimpanan Metilen Klorida (CH Cl ) (V-0) Fungsi : Menyimpan larutan metilen klorida untuk kebutuhan 0 hari Bahan Konstruksi : Carbon steel SA-, Grade B Bentuk : Silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal Jenis Sambungan : Double welded butt joints Jumlah : unit Data Perhitungan: Temperatur, T = 5 o C Tekanan, P = atm Kebutuhan peranangan, t = 0 hari Laju alir massa, F = 47,706 kg/jam ρ metilen klorida, ρ = 0 kg/m (Perry, 008) Perhitungan Ukuran Tangki:. Volume Tangki 47,706 kg / jam 0 hari V metilen klorida = 0 kg / m 4 jam / hari = 5,559 m Faktor kelonggaran = 0% Volume tangki, V t =, 5,559 = 0,64 m. Diameter dan tinggi shell Direnanakan: Tinggi shell tangki : diameter tangki H s : D = 5 : 4 Tinggi tutup tangki : diameter tangki H h : D = : 4 Volume shell tangki (V s )

37 V s = ¼ π D H s V s = 5 D 6 Volume tutup tangki (V h ) ellipsoidal, V h = Volume tangki (V) V = V s + V h 4 D 0,64 = 5 D + 6 D 0,64 = 9 D 48 Maka diameter tangki, D =,904 m = 4,584 in H s Tinggi shell tangki, H s = D, 680 m D H h Tinggi tutup tangki, H h = D 0, 776 m D Tinggi tangki, H t = H s + H h = 5,09 m. Tebal shell tangki dan tutup tangki Untuk tutup atas tangki: Tekanan operasi dengan faktor keamanan 0%: P operasi P desain = 0,5 kpa =, 0,5 kpa =,59 kpa Untuk shell tangki dan tutup bawah tangki : Tinggi airan dalam tangki, h = 5,559 m 0,64 m 5,09 m 4,44 m Tekanan hidrostatik: P = ρ g h = 0 kg/m 9,8 m/det 4,44 m = 55,06 kpa Tekanan operasi dengan faktor keamanan 0%: P operasi = 0,5 kpa + 55,06 kpa = 56,6456 kpa P desain =, 56,6456 = 87,9747 kpa

38 Joint effiieny, E = 0,8 (Brownell dan Young, 959) Allowable stress, S = 7500 psia = 0658,48 kpa (Brownell dan Young, 959) Faktor korosi, C = /80 in (Peters, 004) Umur alat, n = 0 tahun Tebal shell tangki : P D t = SE, P nc 87,9747 4,584 t = 0658,48 0,8, 87, (/ 80) t = 0,67 in tebal shell standar yang digunakan = ¼ in. Tebal tutup tangki bawah : P D t = nc SE 0,P 87,9747 4,584 t = 0 (/ 80) 0658,48 0,8 0, 87,9747 t = 0,66 in tebal shell standar yang digunakan = ¼ in. Tebal tutup tangki atas : P D t = nc SE 0,P,5900 4,584 t = 0 (/ 80) 0658,48 0,8 0,,5900 t = 0,97 in tebal shell standar yang digunakan = ¼ in.

39 LC. Tangki Penyimpanan Natrium Hidroksida (NaOH) (V-0) Fungsi : Menyimpan larutan NaOH untuk kebutuhan 0 hari Bahan Konstruksi : Carbon steel SA-, Grade B Bentuk : Silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal Jenis Sambungan : Double welded butt joints Jumlah : unit Data Perhitungan: Temperatur, T = 5 o C Tekanan, P = atm Kebutuhan peranangan, t = 0 hari Laju alir massa, F =,80 kg/jam ρ larutan NaOH, ρ = 50, kg/m (Perry, 997) Perhitungan Ukuran Tangki:. Volume Tangki,80 kg / jam 0 hari V NaOH = 50, kg / m 4 jam / hari = 58,844 m V NaOH = 54.4,0959 gal Untuk tangki dengan volume lebih besar daripada gal, maka digunakan tangki vertikal (Walas, dkk, 005). Faktor kelonggaran = 0% Volume tangki, V t =, 58,844 = 700,60 m. Diameter dan tinggi shell Direnanakan: 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

40 5 V s = D 6 Volume tutup tangki (V h ) ellipsoidal, V h = Volume tangki (V) V = V s + V h 4 D 700,60 = 5 D + 6 D 700,60= 9 D 48 Maka diameter tangki, D = 8,606 m = 5,98 in Tinggi shell tangki, H s = D 0, 57 m D H s H h Tinggi tutup tangki, H h = D, 065 m D Tinggi tangki, H t = H s + H h = 4,456 m. Tebal shell tangki dan tutup tangki Untuk tutup atas tangki: Tekanan operasi dengan faktor keamanan 0%: P operasi P desain = 0,5 kpa =, 0,5 kpa =,59 kpa Untuk shell tangki dan tutup bawah tangki : Tinggi airan dalam tangki, h = 58,844 m 700,60 m 4,456 m,0466 m Tekanan hidrostatik: P = ρ g h = 50, kg/m 9,8 m/det,0466 m = 79,485 kpa Tekanan operasi dengan faktor keamanan 0%: P operasi = 0,5 kpa + 79,485 kpa = 80, 8075 kpa P desain =, 80,8075 = 6,9690 kpa Joint effiieny, E = 0,8 (Brownell dan Young, 959) Allowable stress, S = 7500 psia = 0658,48 kpa (Brownell dan Young, 959)

41 Faktor korosi, C = /80 in (Peters, 004) Umur alat, n = 0 tahun Tebal shell tangki : P D t = nc SE, P 6,9690 5,98 t = 0 (/ 80) 0658,48 0,8, 6,9690 t = 0,699 in tebal shell standar yang digunakan = ¾ in Tebal tutup tangki bawah : P D t = nc SE 0,P 6,9690 5,98 t = 0 (/ 80) 0658,48 0,8 0, 6,9690 t = 0,699 in tebal shell standar yang digunakan = ¾ in Tebal tutup tangki atas : P D t = nc SE 0,P,5900 5,98 t = 0 (/ 80) 0658,48 0,8 0,,5900 t = 0,99 in tebal shell standar yang digunakan = ½ in

42 LC. Tangki Penyimpanan Fosgen (COCl ) (V-0) Fungsi : Menyimpan fosgen untuk kebutuhan 0 hari Bahan Konstruksi : Low alloy steel SA-5 Bentuk : Silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal Jenis Sambungan : Double welded butt joints Jumlah : unit Data Perhitungan: Temperatur, T = 5 o C Tekanan, P = 46 atm Kebutuhan peranangan, t = 0 hari Laju alir massa, F = 446,8504 kg/jam ρ fosgen dalam fasa air, ρ = 87 kg/m (Neogi, 000) Perhitungan Ukuran Tangki:. Volume Tangki 446,8504 kg / jam 0 hari V fosgen = 87 kg / m 4 jam / hari = 75,0687 m V fosgen = 98409,885 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 =, 98409,885 = 90,84 m. Diameter dan tinggi shell Direnanakan: 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

43 5 V s = D 6 Volume tutup tangki (V h ) ellipsoidal, V h = Volume tangki (V) V = V s + V h 4 D 90,84 = 5 D + 6 D 90,84 = 9 D 48 Maka diameter tangki, D = 8,984 m = 5,707 in Tinggi shell tangki, H s = Hs D D, 0 m Tinggi tutup tangki, H h = Hh D D, 460 m Tinggi tangki, H t = H s + H h = 5,7 m. Tebal shell tangki dan tutup tangki Untuk tutup atas tangki: Tekanan operasi dengan faktor keamanan 0%: P operasi P desain = 4660,9500 kpa =, 4660,9500 kpa = 559,400 kpa Untuk shell tangki dan tutup bawah tangki : Tinggi airan dalam tangki, h = 75,0687 m 90,84 m 5,7 m,08 m Tekanan hidrostatik: P = ρ g h = 87 kg/m 9,8 m/det,08 m = 78,0870 kpa Tekanan operasi dengan faktor keamanan 0%: P operasi = 4660,9500 kpa + 78,0870 kpa = 489,070 kpa P desain =, 489,070 = 5806,8444 kpa Joint effiieny, E = 0,8 (Brownell dan Young, 959) Allowable stress, S = 500 psia= 55.,4984 kpa (Brownell dan Young, 959)

44 Faktor korosi, C = /80 in (Peters, 004) Umur alat, n = 0 tahun Tebal shell tangki : P D t = SE.P nc 5806,8444 5,707 t = 55.,4984 0, , (/ 80) t = 8,688 in tebal shell standar yang digunakan = 9 in. Tebal tutup tangki bawah : P D t = nc SE 0,P 5806,8444 5,707 t = 0 (/ 80) 0658,48 0,8 0, 5806,8444 t = 0,884 in tebal shell standar yang digunakan = in. Tebal tutup tangki atas : P D t = nc SE 0,P 559,400 5,707 t = 0 (/ 80) 0658,48 0,8 0, 559,400 t = 0,4 in tebal shell standar yang digunakan = in.

45 LC.4 Tangki Penyimpanan Piridin (C 5 H 5 N) (V-04) Fungsi : Menyimpan piridin (katalis) untuk kebutuhan 0 hari Bahan Konstruksi : Carbon steel SA-, Grade B Bentuk : Silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal Jenis Sambungan : Double welded butt joints Jumlah : unit Data Perhitungan: Temperatur, T = 5 o C Tekanan, P = atm Kebutuhan peranangan, t = 0 hari Laju alir massa, F =,565 kg/jam ρ piridin, ρ = 98,9 kg/m (Perry, 008) Perhitungan Ukuran Tangki:. Volume Tangki,565 kg / jam 0 hari V piridin = 98,9 kg / m 4 jam / hari = 8,4804 m Faktor kelonggaran = 0% Volume tangki, V t =, 8,4804 = 0,764 m. Diameter dan tinggi shell Direnanakan: Tinggi shell tangki : diameter tangki H s : D = 5 : 4 Tinggi tutup tangki : diameter tangki H h : D = : 4 Volume shell tangki (Vs) V s = ¼ π D Hs V s = 5 D 6 Volume tutup tangki (V h ) ellipsoidal, V h = Volume tangki (V) 4 D

46 V = V s + V h 0,764 = 5 D + 6 D 0,764 = 9 D 48 Maka diameter tangki, D =,055 m = 79,50 in Tinggi shell tangki, H s = Hs D D, 59 m Tinggi tutup tangki, H h = Hh D D 0, 508 m Tinggi tangki, H t = H s + H h =,569 m. Tebal shell tangki dan tutup tangki Untuk tutup atas tangki: Tekanan operasi dengan faktor keamanan 0%: P operasi P desain = 0,5 kpa =, 0,5 kpa =,59 kpa Untuk shell tangki dan tutup bawah tangki : Tinggi airan dalam tangki, h = 8,4804 m 0,764 m,569 m,99 m Tekanan hidrostatik: P = ρ g h = 98,9 kg/m 9,8 m/det,99 m = 8,89 kpa Tekanan operasi dengan faktor keamanan 0%: P operasi = 0,5 kpa + 8,89 kpa = 9,6069 kpa P desain =, 9,6069 = 55,58 kpa Joint effiieny, E = 0,8 (Brownell dan Young, 959) Allowable stress, S = 7500 psia = 0658,48 kpa (Brownell dan Young, 959) Faktor korosi, C = /80 in (Peters, 004) Umur alat, n = 0 tahun Tebal shell tangki : P D t = nc SE.P

47 55,58 79,50 t = 0658,48 0,8. 55,58 0 (/ 80) t = 0,890 in tebal shell standar yang digunakan = /6 in Tebal tutup tangki bawah : P D t = nc SE 0,P 55,58 79,50 t = 0 (/ 80) 0658,48 0,8 0, 55,58 t = 0,889 in tebal shell standar yang digunakan = /6 in Tebal tutup tangki atas : P D t = SE 0,P nc, ,50 t = 0658,48 0,8 0,, (/ 80) t = 0,750 in tebal shell standar yang digunakan = /6 in LC. 5 Gudang Penyimpanan Bisfenol-a (C 5 H 6 O ) (F-0) Fungsi : Menyimpan Bisfenol-a dalam kemasan plastik selama 7 hari Bahan Konstruksi : Dinding dari beton dan atap dari seng Bentuk : Prisma segi empat beraturan Jumlah : unit Data Perhitungan: Temperatur, Tekanan, T = 5 o C P = atm

48 Kebutuhan peranangan, Laju alir massa, t = 7 hari F =.5,4890 kg/jam ρ bisfenol-a, ρ =,95 kg/m (Perry, 997) Kapasitas gudang =.5,4890 kg/jam 4 jam/hari 7 hari = ,5 kg. Bisphenol-a dikemas dalam goni plastik dengan kapasitas 50 kg/goni. Maka goni yang dibutuhkan = Tinggi gudang: 59066,5kg 50kg / goni.805,0 goni Asumsi tebal goni plastik = 5 m Maksimal tumpukan goni = 0 buah Faktor kelonggaran = 50% Tinggi gudang yang dibutuhkan =,5 5 m 0 = 6,75 m = 7 m. Panjang gudang: Direnanakan susunan goni = 40 goni 0 goni Dimana panjang goni = 60 m Faktor kelonggaran = 0% Untuk jalan dalam gudang = 0% Panjang gudang yang dibutuhkan =, 60 m 40 =, m = m. Lebar gudang : Faktor kelonggaran = 0 % Dimana lebar goni 45 m Lebar gudang yang dibutuhkan =, 45 m 0 = 70 m =,70 m m. LC.6 Blower I (B-0) Fungsi Tipe Bahan konstruksi Jumlah Cadangan : Mengumpankan fosgen ke mixing point I (M-0) : Turbo blower : Carbon steel : unit : unit

49 Data perhitungan: Temperatur, T = 5 o C Tekanan operasi, P =,6 atm = 6, kpa = 650,8866 in H O Laju alir massa, F = 446,8504 kg/jam ρ fosgen, ρ = 4,48 kg/m F 446,8504 kg / jam Laju alir volum, Q = =40,5957 m /jam 4,48 kg / m Q = 00,4576 ft /menit Daya turbo blower dapat dihitung dengan persamaan : P = 0,00057 Q (ft /menit) P (in H O) (Perry, 008) P = 0, , ,8866 = 0,4846 hp Efisiensi blower = 80% P = 0,4846 / 0,8 = 5,6057 hp Digunakan daya motor standar 0 hp. LC.7 Pompa Metilen Klorida (P-0) Fungsi : Memompa larutan metilen klorida dari tangki penyimpanan metilen klorida ke Mixing Point II (M-0) Tipe : Centrifugal Pump Bahan konstruksi : Commerial steel Jumlah : unit Cadangan : unit Data perhitungan: Temperatur, T = 5 o C Laju alir metilen klorida, F = 47,706 kg/jam Densitas metilen klorida, ρ = 0 kg/m = 8,0 lbm/ft Viskositas metilen klorida, μ = 0,7 P = 0,0004 lbm/ft.s Laju alir volumetrik:

50 47,706 kg / jam m v = = 9, m /s = 0,0004 ft /s 0 kg / m Desain pompa: Untuk aliran turbulen, N Re > 00 Di, opt = 0,6 m 0,45 v ρ 0, (Peters, 004) = 0,6 (9, m /s) 0,45 (0) 0, = 0,005 m = 0,0 in Dari Tabel A.5- Geankoplis, 00, dipilih pipa dengan spesifikasi : Ukuran nominal : ½ in Shedule number : 40 Diameter dalam (ID) : 0,6 in = 0,058 m = 0,058 ft Diameter luar (OD) : 0,84 in = 0,0700 ft Inside setional area, A : 0,00 ft m Keepatan linier, V = v 0,0004 ft / s A 0,00 ft 0, 648 ft/s Bilangan Reynold: N Re = V D 8,0 0,648 0,058 0, , 77 (aliran turbulen) Untuk pipa ommerial steel diperoleh harga ε = 0,0005 ft (Peters, 984) 0,0005 ft pada N Re = 60,77 dan ε/d = 0,058 ft 0, 008 diperoleh harga fator fanning (Gambar 5.), f = 0,0 (Peters,984). Frition loss : sharp edge entrane h = 0,5 A V 0,5(-0) A g 0,648 ()(,74) h = 0,878 ft lbf/lbm elbow 90 o V h f = nkf g (0,75) 0,648 (,74) 0,00094 ft.lbf/lbm V hek valve h f = nkf g () 0,648 (,74) 0,00084 ft.lbf/lbm

51 Pipa lurus 00 ft F f = 4 f Lv = 4 (0,0) Dg (00)(0,648) (0,058)()(,74) F f = 0,05 ft.lbf/lbm sharp edge exit h ex = n A A v g (-0) 0,648 ()(,74 ) Total frition loss h ex = 0,0004 ft.lbf/lbm Σ F = 0,9086 ft.lbf/lbm Dari persamaan Bernoulli : g P P v v z z F Ws g Dimana : V =V v = 0 g 0 (Geankoplis, 00) P =P P = 0 Tinggi pemompaan, z =,77 m = 7,46 ft,74 0 7,46 0 0,9086 W s,74 -W s = 8,05 ft.lbf/lbm Efisiensi pompa, η = 80% (Peters, 984) W p = -W s / η = 0,0640 ft.lbf/lbm 0 Daya pompa, P = W m p v 0,0640 0, Digunakan daya motor standar ¼ hp. 8,0 0,005 hp LC.8 Pompa NaOH (P-0) Fungsi : Memompa larutan NaOH dari tangki penyimpanan NaOH ke Reaktor Deprotonasi (R-0) Tipe : Centrifugal Pump Bahan konstruksi : Commerial steel

52 Jumlah Cadangan : unit : unit Data perhitungan: Temperatur, T = 5 o C Laju alir NaOH, F =.,80 kg/jam Densitas NaOH, ρ =.50, kg/m = 94,96 lbm/ft Viskositas NaOH, μ = 0,964 P = 0,0006 lbm/ft.s Laju alir volumetrik:,80 kg / jam m v = = 0,000 m /s = 0, ft /s 50, kg / m Desain pompa: Untuk aliran turbulen, N Re > 00 Di, opt = 0,6 m 0,45 v ρ 0, (Peters, 004) = 0,6 (0,000 m /s) 0,45 (.50,) 0, = 0,07 m = 0,895 in Dari Tabel A.5- Geankoplis, 00, dipilih pipa dengan spesifikasi : Ukuran nominal : /8 in Shedule number : 40 Diameter dalam (ID) : 0,69 in = 0,04 m = 0,0068 ft Diameter luar (OD) : 0,405 in = 0,08 ft Inside setional area, A : 0,0004 ft m v 0, ft / s Keepatan linier, V =, 89 ft/s A 0,0004 ft Bilangan Reynold: V D 94,97,89 0,0068 N Re = 9064, 608 (turbulen) 0,0006 Untuk pipa ommerial steel diperoleh harga ε = 0,0005 ft (Peters, 984)

53 0,0005 ft pada N Re = 9064,608 dan ε/d = 0, 00 diperoleh harga fator 0,068 ft fanning (Gambar.0-), f = 0,0004 (Geankoplis, 00). Frition loss : sharp edge entrane h = 0,5 A V 0,5(-0) A g,89 ()(,74) h = 0, ft lbf/lbm elbow 90 o V h f = nkf g (0,75),89 (,74) 0,500 ft.lbf/lbm V hek valve h f = nkf g (),89 (,74) 0,45 ft.lbf/lbm Pipa lurus 40 ft F f = 4 f Lv = 4 (0,0004) Dg (40)(,89) (0,0068)()(,74) F f = ft.lbf/lbm sharp edge exit h ex = n A A v g (-0),89 ()(,74 ) Total frition loss h ex = 0,67 ft.lbf/lbm Σ F =,0500 ft.lbf/lbm Dari persamaan Bernoulli : g P P v v z z F Ws g Dimana : V =V v = 0 g 0 (Geankoplis, 00) P =P P = 0 Tinggi pemompaan, z =,40 m =,989 ft.,74 0,989 0,0500 W s,74 -W s = 6,09 lbf/lbm Efisiensi pompa, η = 80% (Peters, 984) 0

54 W p = -W s / η = 7,54 ft.lbf/lbm Daya pompa, P = W m p v 7,54 0, Digunakan daya motor standar ¼ hp. 94,97 0,005 hp LC.9 Conveyor I (C-0) Fungsi : mengangkut bisfenol-a ke reaktor deprotonasi (R-0) Bentuk : horizontal srew onveyor Bahan konstruksi : Carbon steel Jumlah : unit Jarak angkut : 5 m Kondisi operasi : Temperatur = 5 C Tekanan = atm Laju alir bisfenol-a : F = 5,4890 kg/jam =0,00967 kg/detik Densitas bisfenol-a : ρ = 95 kg/m = 64,80944 lb m /ft Laju alir volumetrik: Q =,940 m /jam. Perhitungan daya motor srew onveyor Direnanakan srew onveyor berdiameter = 0 in Dari Tabel 6.9, 6.40 dan 6.4 (Chopey, 004) diperoleh nilai A, N dan F P = 0-6 (A.L.N + Q.ρ.L.F) dimana : A = faktor ukuran (size fator) L = jarak angkut (ft) N = maksimal (r/menit) untuk ukuran diameter yang direnanakan Q = Laju alir volumetrik (ft /jam) ρ = densitas material (lb m /ft ) F = faktor material (material fator) Maka : P = 0-6 ( , , ) = 0,06568 hp Untuk efisiensi daya motor srew onveyor 80 %, maka : Daya motor yang dibutuhkan = 0,06568 / 0,8 = 0,08 hp Dipilih daya motor ¼ hp

55 LC.0 Reaktor Deprotonasi (R-0) Fungsi : Tempat terjadinya reaksi pembentukan garam bisfenol Tipe : Reaktor Tangki Berpengaduk Bentuk : Silinder vertikal dengan tutup datar dan alas ellipsoidal Bahan konstruksi : Carbon steel SA-, Grade B Jenis Sambungan : Double welded butt joints Jumlah : unit a. Volume reaktor Tabel LC. Komposisi Bahan Masuk ke Reaktor Deprotonasi (R-0) Komponen Laju alir (kg/jam) ρ (kg/m ) V (m /jam) Bisfenol-a 5, ,940 NaOH,80 50, 0,809 Total 4746,9 -,75 Tabel LC. Komposisi Bahan Keluar dari Reaktor Deprotonasi (R-0) Komponen Laju alir (kg/jam) ρ (kg/m ) V (m /jam) Bisfenol-a 75, ,470 NaOH 6,640 50, 0,0405 Garam Bisfenol 98,954,050 Air 57,04 99,5 0,5 Total 4746,9 -,757 Dalam hal ini terjadi perubahan densitas (ρ) karena perubahan jumlah mol selama reaksi, yaitu : ρ Campuran masuk = 79,495 kg/m ρ Campuran keluar = 74,8700 kg/m perubahan densitas sangat keil sehingga dapat diabaikan. Maka harga faktor volume (ε) yaitu ε = 0. Reaktor dirananng dengan spae time (τ), τ = jam V V V o V o V = jam,75 m /jam =,75 m

56 Maka volume reaktor adalah,75 m b. Diameter (D i ) dan Tinggi Reaktor (H R ) Diambil H s : D i = : H h : D i = : 4 volume reaktor (V R ) = volume tutup dan alas + volume silinder,75 m Di Di = H s 4 4 (Brownell dan Young, 959),75 m Di Di = Di 4 4,75 m =,08 D i D i R =,406 m = 0,70 m Tinggi silinder (H s ) =,406 m Tinggi tutup (h) = 0,55 m Tinggi reaktor (H R ) = H s + h =,09 m Tinggi larutan dalam reaktor (H i ): V = D 4 i D 4 i H i,75 = 0,67 D i + 0,7850 D i H i,75 = 0,750 +,479 H i H i =,40 m. Keepatan reaksi masing masing komponen, yaitu: r i o i Komponen : Bisfenol = A r A Ao A ra 5,400 0,7705 Komponen : NaOH = B 4,695 kmol/m.jam

57 r B B o B rb 0,80,540 9,79 kmol/m.jam Komponen : Garam bisfenol = C r C C o C rb 0 4,695 4,695 kmol/m.jam Komponen : Air = D r D D o D rb 0 9,79 9,79 kmol/m.jam. Tebal silinder (t s ) dan tebal head (t h ) Tekanan renana (P o ) = atm 4,6960 psi = 4,6960 psi Tekanan hidrostatik (P p ) = ρ g h = 79,495 kg/m 9,8 m/s,40 m. = 5.,850 Pa =,94 Psi Tekanan desain (P desain ) = P o + P p = 6,890 Psi Tekanan operasi maksimum dinaikkan sebesar 0%, maka : Tekanan operasi (P op ) =, 6,890 = 8,579 Psi Dimana bahan konstruksi reaktor adalah Stainlees Steel SA- dengan data sebagai berikut : Joint effiieny, E = 0,8 (Brownell, 959) Allowable stress, S = 7500 psia = 0658,48 kpa (Brownell, 959) Faktor korosi, C = /80 in (Peters, 004) Umur alat, n = 0 tahun Tebal silinder, t s : t s = P SE D, P nc

58 8,579 psi,406 m (9,7 in / m) t s = 7500 psi 0,8. 8,759 psi 0 (/ 80 in) t s = 0,6 in head berbentuk ellipsoidal dishead head, maka : tebal head (t h ) : P D t h = SE.P nc 8,579 psi,406 m (9,7 in / m) t h = 7500 psi 0,8. 8,759 psi 0 (/ 80 in) t h = 0,6 in d. Perenanaan sistem pengaduk Jenis pengaduk : turbin daun enam bilah datar (Badger, dkk., 950) Jumlah baffle : 4 buah Untuk turbin standar (MCabe, dkk., 999) diperoleh : D a /D i = / ; /,406 = 0,475 m E/D a = ; 0,475 m L/D a = ¼ ; ¼ 0,475 = 0,84 m W/D a = /5 ; /5 0,475 = 0,0947 m J/D i = / ; / 0,475 = 0,095 m Dimana : D a D i E L W J = diameter impeller = diameter tangki = tinggi turbin dari dasar tangki = panjang blade pada turbin = lebar blade pada turbin = lebar baffle Keepatan pengadukan, N = putaran / detik Bilangan Reynold (N Re ) = N D i 8,9607

59 Dari fig.4-4 Geankoplis, 997 dengan menggunakan kurva, untuk pengaduk jenis turbin impeller dengan daun enam dan empat baffle, diperoleh Np =. Daya pengaduk = Np ρ N 5 D a Daya pengaduk = 79,495 (0,475) 5 = 0,464 hp. LC. Pompa Reaktor Deprotonasi (P-0) Fungsi : Memompa larutan produk R-0 menuju ke Cooler (E-0) Tipe : Centrifugal Pump Bahan konstruksi : Commerial steel Jumlah : unit Cadangan : unit Data Perhitungan: Temperatur Laju alir ampuran : 40 o C : 4746,9 kg/jam Densitas ampuran : 74,8700 kg/m = 79,5905 lbm/ft Viskositas ampuran : Tabel LC. Viskositas Bahan Keluar Reaktor Deprotonasi (R-0) Komponen F (kg/jam) N (kmol) X i μ (P) ln μ X i. ln μ bisfenol-a 75,6745 0,7705 0,067, 0,8 0,000 NaOH 6,640,540 0,0 0,964-0,094-0,00 garam bisfenol 98,954 4,695 0, ,0776 0,046 air 57,0 9,79 0,6 0,6560-0,46-0,670 Total 4746,9 46,0-0,0407 Viskositas ampuran dapat dihitung dengan persamaan Heri-Brewer (Perry, 008) ln μ = Σ X i ln μ ln μ = -0,0407 μ = exp (-0,0407) μ = 0,9568 P = 0,0006 lbm/ft.s