Lampiran Rp.pdf

LAMPIRAN A

A-1

LAMPIRAN A. PERHITUNGAN KEBUTUHAN BAHAN BAKU Gross Profit Margin (GPM) Komposisi

kebutuhan (ton/tahun)

harga (USD/ton)

harga total

LAB

6.480

840

5.443.200

Oleum 20%

12.986

170

2.207.620

NaOH

1.324

210

278.040

LASNa

10.000

1600

16.000.000

GPM = = = 50,45 %

LAMPIRAN B

B-1

LAMPIRAN B. NERACA MASSA Neraca Massa Bahan baku

: Linear Alkylbenzene (LAB) Oleum 20%

Produk

: Linear Alkylbenzene Sulfonate (LAS)

Kemurnian

: 85%

Kapasitas Produksi

: 10.000 MT/Tahun

Konversi

: Sulfonasi

= 99%

Netralisasi

= 95%

A.1.1. Basis Perhitungan -

Perhitungan yang dilakukan adalah perhitungan proses kontinu.

-

Asumsi proses produksi berlangsung selama 330 hari/ tahun atau 7.920 jam/tahun

-

Basis perhitungan awal digunakan adalah umpan LAB sebanyak 100 kg/jam.

-

Rasio laju molar SO3 terhadap LAB adalah 1,25. Tangki Sulfonasi LAB storage tank

1 2

Oleum 20% Storage tank

R-101 Mixed LABSA= ?

3

Dilution Mixer

Laju massa

: LAB (F1)

Konversi (X) : 99%

= 100 kg/jam

B-2

Laju massa umpan -

:

Komposisi LAB (%wt)

: 98,6% LAB 1% Dialkiltetralin 0,4% Paraffin, sehingga

F1LAB

= 0,986 × F1 = 0,986 × 100 kg/jam = 98,6000 kg/jam

1

F

Dialkiltetralin

= 0,01 × F1 = 0,01 × 100 kg/jam = 1,000 kg/jam

F1Paraffin

= 0,004 × F1 = 0,004 × 100 kg/jam = 0,4000 kg/jam Komponen

LAB

Laju alir [F] (kg/jam)

98,6000

Berat Molekul (kg/kmol)

348,5

Laju Molar [N] (kmol/jam)

0,4008

Perbandingan mol C12H25C6H5 : SO3 = 1:1,25, sehingga: N2SO3

= 1,25 × 0,4008 kmol/jam = 0,5010 kmol/jam

F2SO3

= N2SO3 × BMSO3 = 0,5010 kmol/jam ×80 kg/kmol = 40,0813 kg/jam

Komposisi Oleum 20% (%wt)

: 20% SO3 78,4% H2SO4 1,6% H2O, sehingga:

F2

= =

B-3

= 200,4065 kg/jam F2H2SO4

= 0,784 × F2 = 0,784 × 200,4065 kg/jam = 157,1187 kg/jam

F2H2O

= 0,016 × F2 = 0,016 × 1.006,94 kg/jam = 3,2065 kg/jam

LAB bertindak sebagai pereaksi pembatas, sehingga perhitungan konversi 99% sebagai berikut: XLAB

= = = 0,4008 kmol/jam - (0,99 × 0,4008 kmol/jam) = 0,0040 kmol/jam C12H25C6H5

σLAB r

= = =

+ H2SO4 +

σSO3

= -1

=

SO3 = -1

= (0,5010 – 0,3968) kmol/jam = 0,1042 kmol/jam = (0 + 0,3968) kmol/jam = 0,3968 kmol/jam

= NLAB out × BM LAB = 0,0040 kmol/jam × 348 kg/kmol = 0,9860 kg/jam

F3SO3

= NSO3 out × BM SO3 = 0,1042 kmol/jam × 80 kg/kmol = 8,3369 kg/jam

F3LABSA

σLABSA = 1

= 0,3968 kmol/jam

Laju massa keluaran : F3LAB

 C12H25C6H4SO3H

= NLABSA out × BM LABSA = 0,3968 kmol/jam × 326 kg/kmol

B-4

= 129,3584 kg/jam Dialkiltetralin, Paraffin, H2SO4, dan H2O tidak bereaksi, sehingga: F1Dialkiltetralin

= F3Dialkiltetralin = 1,0000 kg/jam

F1Paraffin

= F3Paraffin = 0,4000 kg/jam

F1H2SO4

= F3H2SO4 = 157,1187 kg/jam

F1H2O

= F3H2O = 3,2065 kg/jam

Maka : F3

= F3LAB + F3SO3 + F3LABSA + F3Dialkiltetralin + F3Paraffin + F3H2SO4 + F3H2O = (0,9860 + 8,3369 + 129,3584 + 1,0000 + 0,4000 + 157,1187 + 3,2065) kg/jam

= 300,4065 kg/jam Tangki Pengenceran Sulfonation Reactor

Mixed LABSA

Water = ?

3

14

M-101 Mixed LABSA

4

Decanter

Outlet Sulfonasi (F3) = 300,4065 kg/jam F3LAB

= 0,9860 kg/jam

F3SO3

= 8,3369 kg/jam

F3LABSA

= 129,3584 kg/jam

3

F

Dialkiltetralin

= 1,0000 kg/jam

Water tank

B-5

F3Paraffin

= 0,4000 kg/jam

F3H2SO4

= 157,1187 kg/jam

3

F

= 3,2065 kg/jam

H2O

Komponen

SO3

Laju alir [F] (kg/jam)

8,3369

Berat Molekul (kg/kmol)

80

Laju Molar [N] (kmol/jam)

0,1042

Pelarutan SO3 sisa dengan konversi sebesar 100% mengikuti reaksi sebagai berikut: SO3

σSO3 XSO3

+

σH2O

= -1



H2O = -1

H2SO4

σH2SO4 = 1

= = = 0,1042 kmol/jam - (1 × 0,1042 kmol/jam) = 0 kmol/jam

r

= = =

F4H2SO4

=

= 0,1042 kmol/jam

= (0,1042 – 0,1042) kmol/jam = 0 kmol/jam = (0 + 0,1042) kmol/jam

= 0,1042 kmol/jam

= F3H2SO4 + (NH2SO4 rx× BM H2SO4) = 157,1187 kg/jam + (0,1042 kmol/jam × 98 kg/kmol) = 167,3314 kg/jam

Laju H2O pelarutan SO3

= NH2O rx × BM H2O = 0,1042 kmol/jam × 18 kg/kmol = 1,8758 kg/jam

Target konsentrasi H2SO4 pelarutan = 78% F4H2O

= (F4H2SO4 / 0,78) × 0,22

B-6

= (167,3314 kg/jam/0,78) × 0,22 = 47,1960 kg/jam 14

F

= F4H2O - F3H2O + Laju H2O pelarutan SO3

H2O

= 47,1960 kg/jam - 3,2065 kg/jam + 1,8758 kg/jam = 45,8653 kg/jam LAB, LABSA, Dialkiltetralin dan Paraffin tidak bereaksi, sehingga: F3LAB

= F4LAB = 0,986 kg/jam

F3LABSA

= F4LABSA = 129,3584 kg/jam

F3Dialkiltetralin

= F4Dialkiltetralin = 1,000 kg/jam

F3Paraffin

= F4Paraffin = 0,4000 kg/jam

Decanter 5

Dilution Mixer

LABSA

4

Mixed LABSA

H-101 H2SO4 78% = ? 7

H2SO4 78% Storage tank

Target decanter

= Komposisi berat H2SO4 sebesar 6%wt.

Outlet pelarutan (F4) = 346,2718 kg/jam F4LAB

= 0,986 kg/jam

F4LABSA

= 129,3584 kg/jam

F4Dialkiltetralin

= 1,0000 kg/jam

F4Paraffin

= 0,4000 kg/jam

F4H2SO4

= 167,3314 kg/jam

Neutralization tank

B-7

F4H2O

= 47,1960 kg/jam

Asumsi komposisi LABSA (%wt) mengandung 6% H2SO4, sehingga: Komposisi H2SO4

= 78% H2SO4 ; 22% Air

X5H2SO4

= 0,78 × X5H2SO4 78%

0,06

= 0,78 × X5H2SO4 78%

X5H2SO4 78%

= = 0,0769

X5H2O

= X5H2SO4 78% - X5H2SO4 = 0,0769 – 0,06 = 0,0169

Komposisi Overflow (F5)

:

F5LAB

= 0,986 kg/jam

F5LABSA

= 129,3584 kg/jam

5

F

5

F

Dialkiltetralin

= 1,0000 kg/jam

Paraffin

= 0,4000 kg/jam

94% wt. F5

= 131,7444 kg/jam

F5

=

+

= 142,7231 kg/jam F5H2SO4 78%

= F5- 94% wt F5 = 142,7231 kg/jam - 131,7444 kg/jam = 10,9787 kg/jam

F5H2SO4

= 0,78 × F5H2SO4 78% = 0,78 × 10,9787 kg/jam = 8,5634 kg/jam

F5H2O

= 0,22 × F5H2SO4 22% = 0,22 × 10,9787 kg/jam = 2,4153 kg/jam

Underflow decanter adalah H2SO4 78% wt. dengan komposisi: F7H2SO4

= F4H2SO4 – F5H2SO4

B-8

= 167,3314 kg/jam - 8,5634 kg/jam = 158,7680 kg/jam 7

F

= F4H2O – F5H2O

H2O

= 47,1960 kg/jam – 2,4153 kg/jam = 44,7808 kg/jam Tangki Netralisasi LABSA Decanter

NaOH 20% = ?

5

6

NaOH dilution mixer

R-102 Slurry LAS 8 Spray Dryer

Komposisi overflow decanter (F5)

:

F5LAB

= 0,986 kg/jam

F5LABSA

= 129,3584 kg/jam

F5Dialkiltetralin

= 1,0000 kg/jam

F5Paraffin

= 0,4000 kg/jam

F5H2SO4

= 8,5634 kg/jam

F5H2O

= 2,4153 kg/jam

Reaksi 1: Perbandingan mol C12H25C6H4SO3H : NaOH : C12H25C6H4SO3Na : H2O = 1:1:1:1 Konversi (X)

= 95%

LABSA bertindak sebagai pereaksi pembatas, sehingga perhitungan konversi 95% sebagai berikut: N5LABSA

= =

B-9

= 0,3968 kmol/jam XLABSA

= = = 0,3968 kmol/jam - (0,95 × 0,3968 kmol/jam) = 0,0198 kmol/jam C12H25C6H4SO3H + NaOH → C12H25C6H4SO3Na + H2O

σLABSA = -1 r

Reaksi 2

=

σNaOH

= -1

σLASNa = 1

=

σH2O

=1

= 0,3770 kmol/jam

=

= (0,3968 – 0,3770) kmol/jam = 0,0198 kmol/jam

=

= (0 + 0,3770) kmol/jam

= 0,3770 kmol/jam

=

= (0 + 0,3770) kmol/jam

= 0,3770 kmol/jam

:

Perbandingan mol H2SO4 : NaOH : Na2SO4 : 2H2O = 1:2:1:2 Konversi (X)

= 100%

H2SO4 bertindak sebagai pereaksi pembatas, sehingga perhitungan konversi 100% sebagai berikut: N5H2SO4

= =

XH2SO4

= 0,0874 kmol/jam

=

= = 0,0874 kmol/jam - (1 × 0,0874 kmol/jam) = 0 kmol/jam H2SO4 + 2NaOH → Na2SO4 + 2H2O σH2SO4 = -1 σNaOH = -2 σNa2SO4 = 1 σH2O = 2

B-10

r

=

=

= 0,0874 kmol/jam

= (0,1748 – 0,1748) kmol/jam = 0 kmol/jam

= =

= (0 + 0,0874) kmol/jam

=

= (0 + 0,1748) kmol/jam

Kebutuhan NaOH (F6NaOH)

= 0,0874 kmol/jam = 0,1748 kmol/jam

= (N6NaOH 1 – sisa N6NaOH 1 + N6NaOH 2) × BM NaOH = (0,3968 - 0,0198 + 0,1748) kmol/jam × 40 kg/kmol = 22,0691 kg/jam

Komposisi NaOH 20%

: 20% NaOH 80% H2O

F6

= = = 110,3455 kg/jam

F6H2O

= 0,8 × F6 = 0,8 × 110,3455 kg/jam = 81,7321 kg/jam

Laju massa keluaran : F8LAS-Na

= N8 LAS-Na × BM LAS-Na = 0,3770 kmol/jam × 348 kg/kmol = 131,1837 kg/jam

F8LABSA

= N8LABSA out × BM LABSA = 0,0198 kmol/jam × 326 kg/kmol = 6,4679 kg/jam

F8H2O

= [(N8H2O 1 + N8H2O 2) × BM H2O] + F6H2O + F5H2O = [(0,3770 + 0,1748) kmol/jam × 18 kg/kmol] + 81,7321 kg/jam + 2,4153 kg/jam = 100,6228 kg/jam

8

F

Na2SO4

= N8 Na2SO4 × BM NaOH

B-11

= 0,0874 kmol/jam × 142 kg/kmol = 12,4082 kg/jam Dialkiltetralin dan Paraffin tidak bereaksi, sehingga: F8LAB

= F5LAB = 0,986 kg/jam

F8Dialkiltetralin

= F5Dialkiltetralin = 1,0000 kg/jam

8

F

Paraffin

= F5Paraffin = 0,4000 kg/jam

Spray Dryer Slurry LAS Neutralization tank

8

19

Hot Air Generator

V-101 9 LAS powder = ? Cyclone

Komposisi Outlet Netralisasi : F8LAB

= 0,986 kg/jam

F8LAS-Na

= 131,1837 kg/jam

F8LABSA

= 6,4679 kg/jam

8

F

H2O

= 100,6228 kg/jam

F8Na2SO4

= 12,4082 kg/jam

F8Dialkiltetralin

= 1,0000 kg/jam

F8Paraffin

= 0,4000 kg/jam

F8

= 253,0686 kg/jam

+

Produk powder memiliki kandungan air sebanyak 4% wt., sehingga: 96% F9 Produk powder

= F8LAS-Na + F8LABSA + F8Na2SO4 + F8Dialkiltetralin + F8Paraffin+F8LAB

B-12

= 152,4458 kg/jam F9Produk powder

= 152,4458 kg/jam / 0,96 = 158,7977 kg/jam

F9H2O powder

= 158,7977 kg/jam - 152,4458 kg/jam = 6,3519 kg/jam

F9H2O vapor

= F8 H2O - F9H2O powder = 100,6228 kg/jam - 6,3519 kg/jam = 94,2709 kg/jam

Laju massa keluaran : F9LAB

= F8LAB = 0,986 kg/jam

F9LAS-Na

= F8LAS-Na = 131,1837 kg/jam

9

F

LABSA

= F8LABSA = 6,4679 kg/jam

F9H2O vapor

= 94,2709 kg/jam

F9H2O powder

= 6,3519 kg/jam

F9Na2SO4

= F8Na2SO4 = 12,4082 kg/jam

9

F

Dialkiltetralin

= F8Dialkiltetralin = 1,0000 kg/jam

F9Paraffin

= F8Paraffin = 0,4000 kg/jam

B-13

Cyclone 11

Vapour = ?

LAS Powder

Spray Dryer

Condenser

9

H-102

LAS Powder 10

LAS Tank

Komposisi umpan cyclone (F9) F9LAB 9

F

= 0,986 kg/jam

LAS-Na

= 131,1837 kg/jam

F9LABSA

= 6,4679 kg/jam

F9H2O vapor

= 94,2709 kg/jam

F9H2O powder

= 6,3519 kg/jam

F9Na2SO4

= 12,4082 kg/jam

F9Dialkiltetralin

= 1,0000 kg/jam

9

F

Paraffin

F10

= 0,4000 kg/jam

= F9LAS-Na + F9LABSA + F9H2O powder + F9Na2SO4 + F9Dialkiltetralin + F9Paraffin + F9LAB = 158,7977 kg/jam

F11

= F9H2O vapor = 94,2709 kg/jam Condenser 12

11

Water

Vapour

E-103

F11

= 94, 2709 kg/jam

F12

= F11 = 94, 2709 kg/jam

B-14

Mixing NaOH water 13

NaOH Flake 16

15

Make up Water

M-102 NaOH 20% 6

Komposisi F6 (%wt.) : 20% NaOH 80% Air F6NaOH

= 22,0691 kg/jam

F6H2O

= 88,2764 kg/jam

Komposisi NaOH

: 98% NaOH 2% Air

F15NaOH

= F6NaOH

F15

= = = 22,5192 kg/jam

F15H2O

= F15 - F15NaOH = 22,5192 kg/jam – 22,5192 kg/jam = 0,4504 kg/jam

F13H2O

= 45,8653 kg/jam

F16H2O

= F6H2O - F15H2O - F13H2O = 88,2764 kg/jam - 0,4504 kg/jam - 48,4056 kg/jam = 39,4204 kg/jam

B-15

Neraca Massa Total NaOH (F15)

LAB(F1)

Air (F16) LASNa (F10)

Sistem

Oleum 20%(F2)

Air (F16)

H2SO4 78% (F7) Input

=

Output

F1 + F2 + F15 + F13 + F14

=

F7 + F10 + F12

(100.00 + 200.4065 + 22.52 + 87.1866+43.990) kg/jam 362,25 kg/jam

= (203.5488+158,7977+97,77) kg/jam =

362,25 kg/jam

B-9

NERACA MASSA KESELURUHAN Aliran Komponen 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

LAB

98,60

0,99

0,99

0,99

0,99

0,99

0,99

Paraffin

0,40

0,40

0,40

0,40

0,40

0,40

0,40

Dialkyltetralin

1,00

1,00

1,00

1,00

1,00

1,00

1,00

100,62

6,35

6,35

6,47

6,47

6,47

H2SO4

157,12

157,12

167,33

8,56

Air

3,21

3,21

47,20

2,42

SO3

40,08

129,36

129,36

12

13

14

15

94,27

87,18

48,41

0,45

158,77 88,28

44,78

8,34 129,36

LABSA

11

22,07

NaOH

22,07

Na2SO4

12,41

12,41

12,41

LASNa

131,18

131,18

131,18

94,27

Uap Air Sub Total

100,00

200,41

300,41

346,27

142,72

110,35

203,55

253,07

94,27 253,07

158,80

94,27

94,27

87,18

48,41

Setelah diketahui nilai neraca massa di setiap aliran, kemudian semua aliran dikalikan dengan faktor skalar (8,18) agar dihasilkan nilai outlet produk sebesar 1.073,23 kg/tahun.

22,52

B-10

NERACA MASSA KESELURUHAN SESUAI KAPASITAS Aliran Komponen

3

4

5

806,66

8,07

8,07

Paraffin

3,27

3,27

Dialkyltetralin

8,18

8,18 1285,41

Air SO3

LAB

H2SO4

1

2

8

9

8,07

8,07

8,07

8,07

3,27

3,27

3,27

3,27

3,27

8,18

8,18

8,18

8,18

8,18

1285,41

1368,96

70,06

26,23

26,23

386,12

19,76

823,21

51,97

51,97

327,91

68,21 1058,30

1058,30

52,91

52,91

52,91

1058,30

LABSA

6

7

10

12

13

14

771,24

396,01

396,01

722,20

366,36

101,51

101,51

101,51

LASNa

1073,23

1073,23

1073,23

771,24

Uap Air

1639,55

2457,67

2832,90

16

1167,64

902,75

1665,26

2070,39

2070,39

Didapatkan komposisi produk akhir sebesar: Komposisi LAB Paraffin Dialkyltetralin Air LABSA Na2SO4 LASNa

3,68

322,50

180,55

Na2SO4

818,11

15

1298,90

180,55

NaOH

Sub Total

11

Fraksi (%wt.) 0,62 0,25 0,63 4,00 4,07 7,81 82,61

771,24 1299,15

771,24

771,24

396,01

396,01

184,24

322,50

LAMPIRAN C

C-1

LAMPIRAN C. NERACA ENERGI Dasar perhitungan: 1) Basis : 1 jam operasi 2) Satuan : kJ/jam 3) Treff

: 25ºC (298,15 K)

4) Persamaan neraca panas: Panas masuk = Panas keluar + Akumulasi Asumsi keadaan steady state, akumulasi = 0 Maka, panas masuk = panas keluar 5) Asumsi tidak ada kerja, sehingga

=0

Data kapasitas panas yang digunakan dalam perhitungan adalah: Tabel C-1. Data Kapasitas Panas Komponen Cair (KJ/kmol) Komponen

A

B

C

D

LAB

202,92

2,08

-4,55 E-03

4,20 E-06

Paraffin

129,20

1,58

-4.046,10

4,39 E-06

SO3

5.064,85

-41,90

0,12

-1,11 E-04

H2SO4

26,00

0,70

1,39 E-03

1,03 E-06

Air

9,21E+01

-4,00E-02

-2,11E-04

5,35E-07

LABSA

5,84

NaOH

87,64

-484 E-04

-4,54 E-06

1,19 E-09

Na2SO4

233,52

-9,53 E-03

-3,47 E-05

1,58 E-08

LASNa

2,51 Tabel C-2. Data Kapasitas Panas Komponen Padat (KJ/kmol) Komponen

A

B

C

LAB(s)

-6.48E+01

1.80E+00

0.00E+00

Paraffin(s)

-6.158

1.52E+00

-9.98E-04

NaOH(s)

51.234

1.31E-01

-6.06E-04

Na2SO4(s)

12.202

5.81E-01

-6.06E-04

C-2

Tabel C-3. Data Kapasitas Panas Komponen Gas (KJ/kmol) Komponen

A

B

C

D

H2O(g)

3.39E+01

-8.42E-03

2.99E-05

-1.78E-08

SO3

5.06E+03

-4.19E+01

1.20E-01

-1.11E-04

(sumber: Yaws, 1999; Zoller, 2006; Chemicalland,2009)

Rumus yang digunakan: Qs

=

ΔHs

=∫

∫

= A(Ts-Treff) + ( ) (T2s – T2reff) + ( ) (T3s – T3reff) + ( ) (T4s – T4reff) ΔHr

= Ʃ ΔHf produk – Ʃ ΔHf reaktan

rs

=

dimana: rs

= laju reaksi (kmol/jam); i = 1,…,….,i

Ns

= laju alir mol masuk komponen s

Xs

= Konversi reaktan

σs

= Koefisien stoikiometri komponen di reaksi kimia; tanda negatif (–) untuk reaktan dan tanda positif (+) untuk produk

Persamaan neraca energi dengan reaksi:

∫

∫

C-3

Sulfonator LAB storage tank

1 2

Oleum 20% Storage tank

R-101 Mixed LABSA= ?

3

Dilution Mixer

T1

= 30ºC ≈ 303,15 K

T2

= 30ºC ≈ 303,15 K

T3

= Toperasi

Toperasi = 40ºC ≈ 313,15 K Tcooler = 33ºC ≈ 306,15 K ΔHr

= -40,6 kcal/mol ≈ -169.874,5 kJ/kmol

xrx

= 99% terhadap LAB

Laju molar (N) (kmol/jam) di setiap aliran sulfonator adalah: Aliran Komponen

1

2

3

LAB

3,2791

0,0328

Paraffin

0,0195

0,0195

H2SO4

13,1164

13,1164

Air

1,4574

1,4574

SO3

4,0989

0,8526 3,2463

LABSA

Menghitung panas masuk (Hin) aliran 1: HLAB =

∫

= 3,2791 kmol/jam × [{2.03E+02 × (303,15-298,15)} + { 298,152)} + { × (303,153-298,153)} + { = 8.727,19521 kJ/jam

× (303,152-

× (303,154-298,154)}]

C-4

∫

Hparaffin =

× (303,152-

= 0,019479 kmol/jam × [{129,203× (303,15-298,15)} + { 298,152)} + { = 122,35333 kJ/jam

× (303,153-298,153)} + {

× (303,154-298,154)}]

Menghitung panas masuk (Hin) aliran 2: ∫

HH2SO4 =

= 13,1164 kmol/jam × [{2.60E+01× (303,15-298,15)} + { 298,152)} + { × (303,153-298,153)} + { = 9.169,67749 kJ/jam HAir

=

× (303,152-

× (303,154-298,154)}]

∫

= 1.4574 kmol/jam × [{9,2E+01× (303,15-298,15)} + { 298,152)} + {

× (303,153-298,153)} + {

× (303,152× (303,154-

298,154)}] = 550,14158 kJ/jam HSO3

=

∫

= 4.0989 kmol/jam × [{5.06E+03 × (303,15-298,15)} + { 298,152)} + { × (303,153-298,153)} + { 298,154)}] = 5.246,64611 kJ/jam

× (303,152× (303,154-

Masuk Komponen LAB Paraffin H2SO4 Air SO3

N(kmol/jam) Aliran 1 3,2791 0,0195

Aliran 2

13,1164 1,4574 4,0989 Total

∫ Aliran 1 2.661,454159 1.794,664029

Hin (kJ/jam) Aliran 2

699,0984988 377,4863816 1.280,017947

Aliran 1 8727,19521 122,353333

Aliran 2

9169,67749 550,14158 5246,64611 23.816,01373

C-5

Menghitung panas keluar (Hout) Aliran 3: HLAB =

∫

= 0,0328 kmol/jam × [{2.03E+02 × (313,15-298,15)} + { 298,152)} + { × (313,153-298,153)} + { = 263,002448 kJ/jam

× (313,154-298,154)}]

∫

Hparaffin =

× (313,152-

= 0,01945 kmol/jam × [{129.203× (313,15-298,15)} + { 298,152)} + { = 368,79845 kJ/jam

× (313,153-298,153)} + {

× (313,154-298,154)}]

∫

HH2SO4 =

= 13,1164 kmol/jam × [{2.60E+01× (313,15-298,15)} + { 298,152)} + { × (313,153-298,153)} + { = 27.649,8159 kJ/jam HAir

=

× (313,152-

× (313,152-

× (313,154-298,154)}]

∫

= 1,4574 kmol/jam × [{9,2E+01× (313,15-298,15)} + { 298,152)} + {

× (313,153-298,153)} + {

× (313,152× (313,154-

298,154)}] = 1.648,288 kJ/jam HSO3

=

∫

= 0,8526 kmol/jam × [{5.06E+03 × (313,15-298,15)} + { 298,152)} + { × (313,153-298,153)} + { 298,154)}] = 3.274,82325 kJ/jam HLABSA =

× (313,152× (313,154-

∫

= 3,2463 kmol/jam × [{5.06E+03 × (313,15-298,15)} + { 298,152)} + { × (313,153-298,153)} + { 298,154)}] = 284,193334 kJ/jam

× (313,152× (313,154-

C-6

Keluar Komponen

∫

N (kmol/jam) Aliran 3 0,0328 0,0195 13,1164 1,4574 0,8526 3,2463 Total

LAB Paraffin H2SO4 Air SO3 LABSA

Hout (kJ/jam)

Aliran 3 8.020,5489 5.409,4914 2.108,0289 1.130,9930 3841,1283 87,5433

Aliran 3 263,002448 368,79845 27.649,8159 1.648,288 3.274,8232 284,193334 33.488,92131

Menghitung panas reaksi: ΔHr

= Ʃ ΔHf produk – Ʃ ΔHf reaktan = -169.874,5 kJ/kmol

rs

= = = 3,2463 kmol/jam

∫

∫

= (-169.874,5 kJ/kmol) (3,2463 kmol/jam) + (33.488,921 kJ/jam) + (23816,01373 kJ/jam) Qcooler = -561.139,3 kJ/jam Kebutuhan air pendingin Tincooler

= 33ºC ≈ 306,15 K

Toutcooler

= 43ºC ≈ 316,15 K

QCooler

=

∫

-561.139,3 kJ/jam

=

× [{9,2E+01× (316,15-306,15)} + {

(316,15-306,152)} + { {

Massa pendingin

× (316,153-306,153)} +

× (316,154-306,154)}]

= 745,203091 kmol/jam = Ncooler × BMcooler

×

C-7

= 745,203091 kmol/jam × 18 kg/kmol = 13.413,6556 kg/jam Asumsi heat loss 15%, sehingga:

= 15.780,807713 kg/jam Tangki Pengenceran H2SO4 Sulfonation Reactor

3

Mixed LABSA

Water tank

Water 14

Q=

Qloss = ?

M-101 Mixed LABSA

4

Decanter Q=

T3

= 40ºC ≈ 313,15 K

T14

= 40ºC ≈ 316,15 K

T4

= Toperasi

Toperasi = 40ºC ≈ 313,15 K Tcooler = 33ºC ≈ 306,15 K

C-8

Laju molar (N) (kmol/jam) di setiap aliran tangki pengenceran adalah: Komponen LAB Paraffin H2SO4 Air SO3 LABSA

3 0,0328 0,0195 13,1164 1,4574 0,8526 3,2463

Aliran 14

22,0007

4 0,0328 0,0195 13,9690 21,4510 13,2287 3,2463

Menghitung panas masuk (Hin) Aliran 3: HLAB =

∫

= 263,002448 kJ/jam ∫

Hparaffin =

= 368,79845 kJ/jam ∫

HH2SO4 =

= 27.649,8159 kJ/jam HAir

=

∫

= 1.648,288 kJ/jam HSO3

=

∫

= 3.274,82325 kJ/jam ∫

HLABSA =

= 284,193334 kJ/jam Menghitung panas masuk (Hin) Aliran 14: HAir

=

∫

= 22,0007 kmol/jam × [{9,2E+01× (313,15-298,15)} + { 298,152)} + { 298,154)}] = 24.882,6542 kJ/jam

× (313,153-298,153)} + {

× (313,152× (313,154-

C-9

Masuk Komponen LAB Paraffin SO3 Air H2SO4 LABSA

∫

N(kmol/jam) Aliran 3 0,0328 0,0195 0,8526 1,4574 13,1164 3,2463

Aliran 14

22,0007

Aliran 3 8.020,5489 5.409,4914 3.841,1283 1.130,9930 2.108,0289 87,5433

Hin (kJ/jam) Aliran 14

Aliran 3 Aliran 14 263,0024 368,7984 3.274,8232 1.648,2880 24.882,6542 27.649,8159 284,1933 58,371,5755

1.130,9930

Total Menghitung panas keluar (Hout):

HLAB =

∫

= 0,0328 kmol/jam × [{2.03E+02 × (313,15-298,15)} + { 298,152)} + { = 263,0024 kJ/jam

× (313,153-298,153)} + {

× (313,154-298,154)}]

∫

Hparaffin =

× (313,152-

= 0,0195 kmol/jam × [{129.203× (313,15-298,15)} + { 298,152)} + { = 368,79845 kJ/jam

× (313,153-298,153)} + {

× (313,154-298,154)}]

∫

HH2SO4 =

= 13,9690 kmol/jam × [{2.60E+01× (313,15-298,15)} + { 298,152)} + { × (313,153-298,153)} + { = 29.447,0539 kJ/jam HAir

=

× (313,152-

× (313,152-

× (313,154-298,154)}]

∫

= 21,4510 kmol/jam × [{9,2E+01× (313,15-298,15)} + { 298,152)} + { 298,154)}] = 24.260,8969 kJ/jam

× (313,153-298,153)} + {

× (313,152× (313,154-

C-10

∫

HLABSA =

= 3,2463 kmol/jam × [{5.06E+03 × (313,15-298,15)} + { 298,152)} + { 298,154)}] = 284,1933 kJ/jam

× (313,153-298,153)} + {

× (313,152× (313,154-

Keluar Komponen LAB Paraffin Air H2SO4 LABSA

N (kmol/jam) Aliran 4 0,0328 0,0195 21,4510 13,2287 3,2463 Total

∫

Hout (kJ/jam)

Aliran 4 8.020,5489 5.409,4914 1.130,9930 2.108,0289 87,5433

Aliran 4 263,0024 368,7984 24.149,3013 29.447,0539 284,1933 54.623,9450

Menghitung panas reaksi ΔHr

= Ʃ ΔHf produk – Ʃ ΔHf reaktan = -108.763,3 kJ/kmol

rs

= = = 0,8526 kmol/jam

∫

∫

= (-108.763,3 kJ/kmol) (0,8526 kmol/jam) + (54.623,945 kJ/jam) + (58.371,576 kJ/jam) Qcooler = -105.015,7 kJ/jam Kebutuhan air pendingin: Tincooler

= 33ºC ≈ 306,15 K

Toutcooler

= 43ºC ≈ 316,15 K

C-11

QCooler

=

∫

-105.015,7 kJ/jam

=

× [{9,2E+01× (316,15-306,15)} + {

(316,15-306,152)} + {

×

× (316,153-306,153)} +

× (316,154-306,154)}]

{

= 139,4627 kmol/jam Massa pendingin

= Ncooler × BMcooler = 139,4627 kmol/jam × 18 kg/kmol = 2.510,3287 kg/jam

Asumsi heat loss 15%, sehingga:

= 2.953,3279 kg/jam

Tangki Pengenceran NaOH T13

= 40ºC ≈ 313,15 K

T15

= 30ºC ≈ 303,15 K

T16

= 33ºC ≈ 306,15 K

T6

= Toperasi

Toperasi = 30ºC ≈ 303,15 K Tcooler = 33ºC ≈ 306,15 K Laju molar (N) (kmol/jam) di setiap aliran tangki pengenceran adalah:

Komponen Air NaOH

13 20,8462

Aliran 15 0,2047 4,5138

16 19,0715

6 40,1223 4,5138

C-12

Menghitung panas masuk (Hin) Aliran 13: HAir

=

∫ × (313,152-

= 20,8462 kmol/jam × [{9,2E+01× (313,15-298,15)} + { 298,152)} + {

× (313,153-298,153)} + {

× (313,154-

298,154)}] = 24.882,6542 kJ/jam Menghitung panas masuk (Hin) Aliran 16: HAir

=

∫ × (303,152-

= 4,5138 kmol/jam × [{9,2E+01× (303,15-298,15)} + { 298,152)} + {

× (303,153-298,153)} + {

× (303,154-

298,154)}] = 6.763,3869 kJ/jam Menghitung panas masuk (Hin) Aliran 15: ∫

HNaOH =

= 4,5138 kmol/jam × [{51,234× (303,15-298,15)} + { 298,152)} + {

× (303,152-

× (303,153-298,153)}]

= 807,08 kJ/jam HAir

=

∫ × (313,152-

= 0,20471 kmol/jam × [{9,2E+01× (313,15-298,15)} + { 298,152)} + {

× (313,153-298,153)} + {

× (313,154-

298,154)}] = 231,5207 kJ/jam Masuk Komponen

Air NaOH

∫

N(kmol/jam) Aliran 13 20,8462

Aliran 15 0,2047 4,5138

Aliran 16 19,0715

Aliran 13 1131 Total

Aliran 15 1131 178,8

Hin (kJ/jam) Aliran 16 377,5

Aliran 13

Aliran 15

Aliran 16

24.883

231,52 807,08

6763,4

32.684,64

C-13

Menghitung panas keluar (Hout) aliran 6:

HAir

=

∫

= 40,1223 kmol/jam × [{9,2E+01× (303,15-298,15)} + { 298,152)} + {

× (303,153-298,153)} + {

× (303,152× (303,154-

298,154)}] = 15.145,63 kJ/jam HNaOH =

∫

= 4,5138 kmol/jam × [{5.06E+03 × (303,15-298,15)} + { 298,152)} + { 298,154)}] = 807,08 kJ/jam

× (303,153-298,153)} + {

× (303,152× (303,154-

Keluar Komponen Air NaOH

N (kmol/jam) Aliran 6 40,1223 4,5138 Total

∫

Hout (kJ/jam)

Aliran 6 377,49 178,805

Aliran 6 15.145,63 807,08 15.952,71

Menghitung panas reaksi: ΔHr = Ʃ ΔHf produk – Ʃ ΔHf reaktan = -43.541 kJ/kmol rs

= = = 4,5138 kmol/jam

∫

∫

= (-43.541 kJ/kmol) (4,5138 kmol/jam) + (15.952,71 kJ/jam) + (32.684,64 kJ/jam) Qcooler = -179.801,7563 kJ/jam

C-14

Kebutuhan air pendingin Tincooler

= 33ºC ≈ 306,15 K

Toutcooler

= 43ºC ≈ 316,15 K

QCooler

=

-179.801,7563 kJ/jam =

∫ × [{9,2E+01× (316,15-306,15)} + {

(316,15-306,152)} + {

× (316,153-306,153)} +

× (316,154-306,154)}]

{

= 238,77998 kmol/jam Massa pendingin

= Ncooler × BMcooler = 238,77998 kmol/jam × 18 kg/kmol = 4.298,0397 kg/jam

Reaktor Netralisasi Q=

Q= Decanter

5

NaOH 20%

6

NaOH dilution mixer LABSA

Qloss = ?

Water in

Water out

Q=

Q= R-102

Slurry LAS

8 Spray Dryer

Q=

T5

= 40ºC ≈ 313,15 K

T6

= 30ºC ≈ 303,15 K

T8

= Toperasi

Toperasi = 50ºC ≈ 323,15 K

×

C-15

Tcooler = 33ºC ≈ 306,15 K ΔHr1

= -26,68 kcal/mol ≈ -104.602,5 kJ/mol

ΔHr2

= -25 kcal/mol ≈ -111.631,8 kJ/mol

xrx1

= 95% terhadap LABSA

xrx2

= 100% terhadap H2SO4

Laju molar (N) (kmol/jam) di setiap aliran reaktor netralisasi adalah: Komponen LAB Paraffin H2SO4 Air LABSA NaOH Na2SO4 LASNa

5 0,0328 0,0195 0,7149 1,0978 3,2463

Aliran 6

8 0,0328 0,0195

40,1223

45,7339 0,1623

4,5138 0,7149 3,0840

Menghitung panas masuk (Hin) Aliran 5: HLAB =

∫

= 0,0328 kmol/jam × [{2.03E+02 × (313,15-298,15)} + { 298,152)} + { = 263,0025 kJ/jam

× (313,153-298,153)} + {

× (313,154-298,154)}]

∫

Hparaffin =

= 0,0195 kmol/jam × [{129.203× (313,15-298,15)} + { 298,152)} + { = 368,79845 kJ/jam HH2SO4 =

× (313,152-

× (313,153-298,153)} + {

× (313,152× (313,154-298,154)}]

∫

= 0,7149 kmol/jam × [{2.60E+01× (313,15-298,15)} + { 298,152)} + { = 1.506,9882 kJ/jam

× (313,153-298,153)} + {

× (313,152× (313,154-298,154)}]

C-16

HAir

=

∫

= 1,0978 kmol/jam × [{9,2E+01× (313,15-298,15)} + { 298,152)} + {

× (313,153-298,153)} + {

× (313,152× (313,154-

298,154)}] = 1.241,5804 kJ/jam ∫

HLABSA =

= 3,2463 kmol/jam × [{5.06E+03 × (313,15-298,15)} + { 298,152)} + { × (313,153-298,153)} + { 298,154)}] = 284,193334 kJ/jam

× (313,152× (313,154-

Menghitung panas masuk (Hin) Aliran 6: HAir

=

∫

= 40,1223 kmol/jam × [{9,2E+01× (303,15-298,15)} + { 298,152)} + {

× (303,153-298,153)} + {

× (303,152× (303,154-

298,154)}] = 15.145,63 kJ/jam HNaOH =

∫

= 4,5138 kmol/jam × [{5.06E+03 × (303,15-298,15)} + { 298,152)} + { 298,154)}] = 807,08 kJ/jam

× (303,153-298,153)} + {

× (303,152× (303,154-

Masuk Komponen LAB Paraffin H2SO4 Air LABSA NaOH

N(kmol/jam) Aliran 5 0,0328 0,0195 0,7149 1,0978 3,2463

Aliran 6

40,1223 4,5138 Total

Hin (kJ/jam)

∫

Aliran 5 8.020.5489 5.409,4914 2.108,0289 1.130,9930 87,5433

Aliran 6

377,49 178,805

Aliran 5 263.0024 368,7984 1.506,9882 1.241,5804 284,1933

Aliran 6

15.145,63

807,08 12.542,5027

C-17

Menghitung panas keluar (Hout): HLAB =

∫

= 0,0328 kmol/jam × [{2.03E+02 × (323,15-298,15)} + { 298,152)} + { = 263,0024 kJ/jam

× (323,153-298,153)} + {

× (323,154-298,154)}]

∫

Hparaffin =

× (313,152-

= 0,0195 kmol/jam × [{129.203× (313,15-298,15)} + { 298,152)} + { = 368,79845 kJ/jam

× (313,153-298,153)} + {

× (313,154-298,154)}]

∫

HNa2SO4=

× (323,152-

= 0,7149 kmol/jam × [{233,515× (323,15-298,15)} + { 298,152)} + { = 3.254,3597 kJ/jam HAir

=

× (323,152-

× (323,153-298,153)} + {

× (323,154-298,154)}]

∫

= 45,7339 kmol/jam × [{9,2E+01× (323,15-298,15)} + { 298,152)} + {

× (323,153-298,153)} + {

× (323,152× (323,154-

298,154)}] = 51.724,6791 kJ/jam HLASNa =

∫

= 3,0840 kmol/jam × 2,5105 kJ/kmol (323,15-303,15) = 154,8452 kJ/jam HLABSA =

∫

= 0,1623 kmol/jam × [{5.06E+03 × (323,15-298,15)} + { 298,152)} + { 298,154)}] = 14,2097 kJ/jam

× (323,153-298,153)} + {

× (323,152× (323,154-

C-18

Keluar Komponen

∫

N (kmol/jam)

LAB Paraffin Air Na2SO4 LABSA LASNa

Aliran 8 0,0328 0,0195 1,4574 0,7149 0,1623 3,0840 Total

Hout (kJ/jam)

Aliran 8 8.020,5489 5.409,4914 1.130,9930 4552,3144 87,5433 50,2092

Aliran 8 263,002448 368,7984 51.724,6791 4.066,7525 14,2097 154,8452 55.779,8946

Menghitung panas reaksi ΔHr1

= Ʃ ΔHf produk – Ʃ ΔHf reaktan = -104.602,51 kJ/kmol

ΔHr2

= Ʃ ΔHf produk – Ʃ ΔHf reaktan = -111.631,799 kJ/kmol

rs1

= = = 3,0840 kmol/jam

rs2

= = = 0,7149 kmol/jam

∫

∫

= [(-104.602,5 kJ/kmol) (3,0840 kmol/jam) + (-111.631,799 kJ/kmol) (0,7149 kmol/jam)] + (55.779,8946 kJ/jam) – (12.542,5027 kJ/jam) Qcooler = -445,632,001 kJ/jam Kebutuhan air pendingin Tincooler

= 33ºC ≈ 306,15 K

C-19

Toutcooler

= 43ºC ≈ 316,15 K

QCooler

=

-445,632,001 kJ/jam =

∫ × [{9,2E+01× (316,15-306,15)} + {

(316,15-306,152)} + { {

×

× (316,153-306,153)} +

× (316,154-306,154)}]

= 591,81133 kmol/jam Massa pendingin

= Ncooler × BMcooler = 591,81133 kmol/jam × 18 kg/kmol = 10.625,604 kg/jam

Asumsi heat loss 15%, sehingga:

= 12.532,475 kg/jam Spray Dryer Diketahui : Cps

= 2,5104 kJ/kmol = 0,007214 kJ/kmol.K

Ls

= 1.299,15 kg/jam

X1

= 0,397611

X2

= 0,04

Cpa

= 4,187 kJ/kg.K

H2

= 0,07 kg water vapor/ kg dry air

λ0

= 2502,3 kJ/kg

Cs

= 1,005 + 1,884 Y1 (Robert E. Treybal, page 234)

Entalpy udara pada 1 atm dan 573,15 K adalah 567,0029 kJ/kg (Interpolasi data Perry’s Chemical Engineering Handbook 7th Edition, page 2 – 208).

C-20

H'G1 567,0029 567,0029 265,5029 Y1

= = = = =

(1,005 + (1,005 + 301,5 + 3067,5 Y1 0,086554

1,884 1,884 565,2

Y1) Y1) Y1

(TG1 -T0) (300-0)

+ + +

Y1 Y1 2502,3

Entalpi udara keluar pada suhu 100oC HG2

=

Cs

= = = =

(1,005 (1,005 100,5 100,5

+ + + +

(TG2-T0)

+

Y2

ʎ0

1,884 1,884 188,4 2690,7

Y2) Y2) Y2 Y2

(TG2 -T0) (100-0) +

+ + 2502,3

Y2 Y2 Y2

2502,3

Entalpi umpan masuk pada suhu 50oC Diketahui :

Hs1

= = = =

Hs1

= Entalpy slurry/wet solid (kJ/kg dry solid)

Cps

= Heat capacity of dry solid (kJ/kg °C)

CpA

= Heat capacity of moisture, as a liquid (kJ/kg °C)

X1

= Mass moisture/mass dry solid

Cps (Ts1-T0) 7,21E-03 (50-0) 3,61E-01 8,36E+01 kJ/kg

+ X1 Cpa + (0,397611) (4,19E+00) + 8,32E+01

(Ts1-T0) (50-0)

Entalpi air keluar pada suhu 75oC Hs2

= Cps (Ts2-T0) = 7,21E-03 (75-0) = 5,41E-01 = 1,31E+01 kJ/kg

+ + +

X2 (0,04) 1,26E+01

Cpa (4,19E+00)

+ + +

X3 Cpa 0,518372 4,19E+00 2,17E+02

(Ts2-T0) (75-0)

Entalpi uap air pada suhu 100oC Hs3

= Cps (Ts3-T0) = 7,21E-03 (100-0) = 7,21E-01 = 2,18E+02

(Ts3-T0) (100-0)

ʎ0 (2502,3) Y1

C-21

Moisture Balance Ss

= 823,21 kg/jam

Ss 823,21

(X1-X2) (0,397611-0,04) 294,3888

= = =

Gs Gs Gs Y2

(Y2-Y1) (Y2-0,086554) -0,086554 Gs

(Pers. A)

Entalpi Balance Ss Hs1

+

Gs HG1

=

Ss HS2

+

Ss HS3

+

Gs HG2

6,88E+04

+

567,003 Gs

=

1,08E+04

+

1,79E+05

+

(100,5

+

6,88E+04

+

567,003 Gs

=

1,90E+05

+

100,5 Gs

+

2690,7

Y2 Gs

=

100,5 Gs

+

2690,7

Y2 Gs

Pers. B

-1,21E+05

Eliminasi Pers. A dan Pers. B didapatkan nilai Gs

= 364,511 kg/jam

Y2

= 0,894177 kg H2O/kg air

Sehingga, HG2

=

100,5

+

2690,7

Y2

=

100,5

+

2690,7

(0,894177)

= 2.506,461

kJ/kg

Entalpi solid masuk Hs in

=

Hs1

Ls

=

83,6 kJ/kg

1.299,15 kg/jam

=

108.609,63

kJ/jam

Entalpi solid keluar Hs out

=

Hs2 + Hs3

Ls

=

(13,1 + 218) kJ/kg

1.299,15 kg/jam

=

299.929,32

kJ/jam

2690,7

Y2)

Gs

C-22

Condenser Qloss = ?

Q=

Q= 12

NaOH dilution mixer

11

Water

Vapour

Cyclone

E-103

Komponen Air Uap Air

11 N (mol/jam)

12 N (mol/jam) 42,84687

42,84687

Menghitung panas masuk (Hin) Aliran 11: ∫

HUap Air =

= 42,84687 kmol/jam × [{3,39e+01× (373,15-298,15)} + { (373,152-298,152)} + {

× (373,153-298,153)} + {

× × (373,154-

298,154)}] = 21.623,571 kJ/jam Menghitung panas keluar (Hout) Aliran 12: HAir

=

∫

= 42,84687 kmol/jam × [{9,2E+01× (313,15-298,15)} + { (313,152-298,152)} + { 298,154)}] = 241.786,5 kJ/jam Panas perubahan fasa:

HAir

=

air

= 42,84687 kmol/jam = 1.741,9910 kJ/jam

× (313,153-298,153)} + {

× × (313,154-

C-23

∫

∫

∫

= (241.786,5 kJ/jam) + (1.741,9910 kJ/jam ) - (21.623,571 kJ/jam) = -221,904,9541 kJ/jam Kebutuhan air pendingin Tincooler

= 33ºC ≈ 306,15 K

Toutcooler

= 43ºC ≈ 316,15 K

QCooler

=

∫

-221,904,9541 kJ/jam =

× [{9,2E+01× (316,15-306,15)} + {

(316,15-306,152)} + {

× (316,153-306,153)} +

× (316,154-306,154)}]

{

= 294,69 kmol/jam Massa pendingin

= Ncooler × BMcooler = 294,69 kmol/jam × 18 kg/kmol = 5.304,488 kg/jam

Asumsi heat loss 1%, sehingga:

= 5.358,07 kg/jam Cooling Tower 23

P-101 24

×

C-24

Tin

= 40ºC ≈ 313,15 K

Tout

= 330ºC ≈ 306,15 K

Treff

= 25 ºC ≈ 298,15 K

Nin

= 181.951,5204 kmol/jam

Entalpi masuk: HAir

=

∫

= 1.715,26 kmol/jam × [{9,2E+01× (313,15-298,15)} + { 298,152)} + {

× (313,153-298,153)} + {

× (313,152× (313,154-

298,154)}] = 865.640,4 kJ/jam Entalpi keluar: HAir

=

∫

= 1.715,26 kmol/jam × [{9,2E+01× (306,15-298,15)} + { 298,152)} + {

× (306,153-298,153)} + {

298,154)}] = 461.440,8 kJ/jam

∫

∫

= (461.440,83 kJ/jam) - (865.640,4 kJ/jam) = -404.199,56 kJ/jam

× (306,152× (306,154-

C-25

Furnace Q= 17

Air

Q=

Qloss = ? 19

Hot Air

O-101 Fuel

18

Q=

QFurnace

= Qpemanas spray dryer = 206.678,8201 kJ/jam ≈ 4,701 MMBTU/Day

LHVCH4

= 8,872 kkal/m3 ≈ 0,996947 MMBTU/MMSCF

Q

= NCH4 LHVCH4

NCH4

= = = 4,7158 MMSCFD

Asumsi heat loss 50% Massa CH4

= = 9,432 MMSCFD

LAMPIRAN D

D-1

LAMPIRAN D. PERANCANGAN ALAT Storage tank Tangki penyimpanan Linear Alkilbenzene (F-101) Fungsi

: Tempat menyimpan bahan baku Linear Alkilbenzene (LAB) pada suhu 30oC dan tekanan 1 atm

Bentuk : silinder tegak dengan penutup datar (flat roof) Bahan

: Carbon Steel, SA-285, Grade B

Jumlah : 1 unit Dasar Pemilihan Tipe dan Bahan Tangki: -

Carbon steel tahan terhadap korosi dan harga material yang relatif murah

-

Kondisi operasi pada suhu 30oC dan tekanan 1 atm (14,7 psia)

-

Biaya konstruksi penutup datar lebih murah disbanding bentuk lainnya.

-

Tekanan yang diizinkan maksimal 12.650 psia (Batabagara, 2012)

Kondisi Operasi Temperatur

: 30°C

Tekanan

: 1 atm

Lama penyimpanan

: 7 hari

Faktor keamanan (fk)

: 10%

Perhitungan Dimensi Tangki a. Kebutuhan Bahan Baku Kebutuhan bahan baku

= 818,1 kg/jam

Kebutuhan bahan baku selama 7 hari = 137.443,2 kg b. Volume Tangki = = = 182,6 m3

D-2

Volume Tangki,

VS

= (100% + 10%) x V1

= 1,1 x 182,6 m3 = 200,9 m3 c. Diameter dan Tinggi Tangki Dari persamaan 3.12 Brownell untuk closed tank: D= H=

D

Vs = ¼ π D2 . H Vs = ¼ π D2 x 3/8 D π D3

Vs =

Sehingga diperoleh persamaan : Diameter Tangki,

√ √

= 346,5in = 28,9 ft Tinggi Tangki,

= 10,8 ft Berdasarkan Appendix E halaman 346, item 1 (Brownell & Young, 1959), ukuran tangki standar ayng mendekati hasil perhitungan adalah H

= 11 ft

D

= 30 ft

D-3

d. Tebal Tangki dan tutup Tangki Untuk bahan konstruksi Carbon Steel, SA-135, Grade B (Brownell, 1959) Diketahui : f = 12750 psia E = 0,80 C = 0,125 in Untuk tebal Tangki silinder : ts =

(persamaan 3.16, Brownell 1959)

Keterangan : P : Internal pressure (lb/in2) d : Diameter Tangki (in) f : Maximum allowable working stress (psia) E: Efisiensi sambungan C : Faktor korosi (in) P=

(persamaan 3.17, Brownell 1959)

Keterangan : ρ : densitas bahan sehingga diperoleh persamaan :

(persamaan 3.18, Brownell 1959) (

)

0,182 in Maka tebal Tangki standar yang digunakan adalah ⁄ in Karena tutup atas Tangki dibuat dari bahan yang sama, sehingga tebal tutup Tangki sama dengan tebal Tangki.

D-4

Tangki penyimpanan Air (F-103) Fungsi

: Tempat menyimpan bahan baku air pada suhu 33oC dan tekanan 1 atm

Bentuk : silinder tegak dengan penutup datar (flat roof) Bahan

: Carbon Steel, SA-285, Grade B

Jumlah : 1 unit

Dasar Pemilihan Tipe dan Bahan Tangki: -

Carbon steel tahan terhadap korosi dan harga material yang relatif murah

-

Kondisi operasi pada suhu 30oC dan tekanan 1 atm (14,7 psia)

-

Biaya konstruksi penutup datar lebih murah disbanding bentuk lainnya.

-

Tekanan yang diizinkan maksimal 12.650 psia (Batabagara, 2012)

Kondisi Operasi Temperatur

: 33°C

Tekanan

: 1 atm

Lama penyimpanan

: 7 hari

Faktor keamanan (fk)

: 10%

Perhitungan Dimensi Tangki a. Kebutuhan Bahan Baku Kebutuhan bahan baku

= 1093,8 kg/jam

Kebutuhan bahan baku selama 7 hari = 183.749,7 kg b. Volume Tangki = = = 183,6 m3 Volume Tangki,

VS

= (100% + 10%) x V1

= 1,1 x 183,6 m3 = 201,9 m3 c. Diameter dan Tinggi Tangki Dari persamaan 3.12 Brownell untuk closed tank:

D-5

D= H=

D

Vs = ¼ π D2 . H Vs = ¼ π D2 x 3/8 D π D3

Vs =

Sehingga diperoleh persamaan : √

Diameter Tangki,

√

= 347,1 in = 28,9 ft Tinggi Tangki,

= 10,8 ft Berdasarkan Appendix E halaman 346, item 1 (Brownell & Young, 1959), ukuran tangki standar ayng mendekati hasil perhitungan, yaitu: H

= 11 ft

D

= 30 ft

d. Tebal Tangki dan tutup Tangki Untuk bahan konstruksi Carbon Steel, SA-135, Grade B (Brownell, 1959) Diketahui: f

= 12750 psia

E

= 0,80

C

= 0,125 in

Untuk tebal Tangki silinder : ts =

(persamaan 3.16, Brownell 1959)

D-6

Keterangan: P : Internal pressure (lb/in2) d : Diameter Tangki (in) f : Maximum allowable working stress (psia) E: Efisiensi sambungan C : Faktor korosi (in) P=

(persamaan 3.17, Brownell 1959)

Keterangan : ρ : densitas bahan sehingga diperoleh persamaan : (persamaan 3.18, Brownell 1959) (

)

0,202 in Maka tebal Tangki standar yang digunakan adalah ⁄ in Karena tutup atas Tangki dibuat dari bahan yang sama, sehingga tebal tutup Tangki sama dengan tebal Tangki. Tangki penyimpanan Asam Sulfat (F-104) Fungsi : Tempat menyimpan produk samping berupa asam sulfat 78% pada suhu 40oC dan tekanan 1 atm Bentuk : silinder tegak dengan penutup datar (flat roof) Bahan : Stainless Steel, 304L Jumlah : 1 unit Kondisi Operasi Temperatur

: 40°C

Tekanan

: 1 atm

Lama penyimpanan

: 7 hari

Faktor keamanan (fk)

: 10%

D-7

Perhitungan Dimensi Tangki a. Kebutuhan Bahan Baku Laju alir asam sulfat

= 3330,5 kg/jam

Jumlah asam sulfat selama 7 hari

= 559.527,7 kg

b. Volume Tangki = = = 361,7 m3 Volume Tangki,

VS

= (100% + 10%) x V1

= 1,1 x 361,7 m3 = 397,8 m3 c. Diameter dan Tinggi Tangki Dari persamaan 3.12 Brownell untuk closed tank: D= H=

D

Vs = ¼ π D2 . H Vs = ¼ π D2 x 3/8 D Vs =

π D3

Sehingga diperoleh persamaan : Diameter Tangki,

√ √

= 435,2 in = 36,3 ft Tinggi Tangki,

= 13,6 ft

D-8

Berdasarkan Appendix E halaman 346, item 1 (Brownell & Young, 1959), ukuran tangki standar ayng mendekati hasil perhitungan adalah H

= 18 ft

D

= 40 ft

d. Tebal Tangki dan tutup Tangki Untuk bahan konstruksi Stainless Steel, 304L (Brownell, 1959), diketahui : f = 12900 psia E = 0,80 C = 0,125 in Untuk tebal Tangki silinder : (persamaan 3.16, Brownell 1959)

ts =

Keterangan : P : Internal pressure (lb/in2) d : Diameter Tangki (in) f : Maximum allowable working stress (psia) E: Efisiensi sambungan C : Faktor korosi (in) P=

(persamaan 3.17, Brownell 1959)

Keterangan : ρ : densitas air pada temperatur 60oF = 62,37 lb/ft3 sehingga diperoleh persamaan : (persamaan 3.18, Brownell 1959) (

)

0,275 in Maka tebal Tangki standar yang digunakan adalah ⁄ in Karena tutup atas Tangki dibuat dari bahan yang sama, sehingga tebal tutup Tangki sama dengan tebal Tangki.

D-9

Tangki penyimpanan oleum 20% (F-102) Kode

: T-01

Jenis

: Flat Bottom cylindrical vessel conical roof

Fungsi

: Menyimpan bahan baku oleum 20% dalam bentuk cair pada suhu 30 oC dan tekanan 1 atm.

Tujuan Perancangan : 

Memilih tipe tangki



Memilih bahan konstruksi



Menghitung dimensi utama tangki

1) Memilih tipe tangki Tipe tangki yang digunakan adalah Flat Bottom Cylindrical Vessel Conical Roof dengan pertimbangan: o Kondisi operasi tangki pada tekanan 1 atm dan suhu 30 oC o Kondisi konstruksi sederhana sehingga lebih ekonomis o Cairan disimpan dalam kondisi cair dingin o Tekanan maksimal yang diizinkan relatif besar, yaitu 18750 psia (Batabagara,2012) 2) Memilih bahan konstruksi Bahan konstruksi yang dipilih stainless steel SA 283 grade C dengan pertimbangan: o Tahan terhadap korosi o Harga relatif murah 3) Menghitung dimensi utama tangki a)

Menghitung kebutuhan bahan baku Oleum 20% selama 7 hari

Kebutuhan Oleum 20% untuk produksi 1639,55 kg/jam Kebutuhan CH3OH

= 1639,55 kg/jam x 24 jam/hari x 7 hari = 275.445,06 kg

b)

Menghitung volume bahan baku dalam tangki (kapasitas tangki)

Volume tangki

=

Kebutuhan methanol  campuran

D-10

= = 152,60 m3 Dengan faktor keamanan 10 % maka volume tangki : = 152,60 m3/7 hari x 110 % = 167,86 m3/ 7 hari Karena batas maksimum fixed conical roof tank 100.000 m3 (Ulrich, Tabel 4-27), maka direncanakan 1 buah tangki Oleum 20%. c)

Menghtiung Diameter dan Tinggi Tangki

Pada tangki tertutup berukuran besar, harga atap dan harga dinding 2x harga dasar tangki per unit area, sehingga D = 8/3 H (Brownell & Young, 1959 . page 43). Dari persamaan 3-12 Brownell & Young halaman 43 untuk large clossed tank didapat pada persamaan C-1 dan C-2 D = 8/3H

(C-1)

V =

(C-2)

Kemudian persamaan C-1 disubtitusi ke persamaan C-2, sehingga : 167,86 m3/7 hari = D3

= 569,71

D

= 8,29 m

= 27,19 ft

H

= 3,11 m

= 10,20 ft

Berdasarkan Appendix E halaman 346, item 1 (Brownell & Young, 1959), ukuran tangki standar ayng mendekati hasil perhitungan adalah H

= 11 ft

D

= 30 ft

d)

Menghitung tebal dinding tangki (shell)

Direncanakan menggunakan shell plate dengan 72 in Butt Welded courses (Appendix E, item 2, hal. 347).

D-11

Untuk spesifikasi alat di atas maka digunakan 5 courses dengan ketebalan berbeda. Bahan yang yang dipakai adalah carbon steel SA-283 Grade C (Brownell & Young tabel 13.1 hal. 251-254), diperoleh data Allowable stress (F)

= 18750 psi

Effisiensi pengelasan (E) = 0,8 Faktor korosi

= 0,1575 in

Tabel shell dengan persamaan C-3 (persamaan 3.16 pada Brownell & young hal. 45) seebagai berikut ts =

PD c 2 fE

(C-3)

Keterangan : Ts

= tebal shell ( in )

P

= tekanan dalam vessel ( lb/in2 )

D

= diameter dalam vessel ( in )

E

= efisiensi pengelasan = 0,8 ( table 13.2, hal.254 )

c

= faktor korosi = 0,1575

f

= tegangan yang diizinkan = 18750 psi ( table 13.1, hal 252 )

Tekanan dalam tangki dapat dilihat pada persamaan C-4 (persamaan 3.17 pada Brownell & young hal. 46) P = p [(H-1)/144]

(C-4)

Dengan mensubtitusi persamaan C-3 ke dalam persamaan C-4 maka didapat persamaan C-5 : Ts =

(C-5)

= = 0,984 in Untuk mempermudah dalam pembuatan tangki, maka tebal shell dibulatkan menjadi 1 in. Direncanakan palate yang digunakan sebanyak 10 buah plate untuk setiap course dengan jarak sambungan antar plate 5/32 in untuk sambungan vertical.

D-12

e) Menghitung tinggi dan tebal head tangki Top angle tangki memiliki diameter lebih dari 35 ft adalah 3 in x 3 in x 0,25 in (Brownell & young, hak 53). Jika menggunakan 10 plate dan allowance untuk vertical weld joint 5/32 untuk tiap top angle. P design = P operasi + P hidrostatik = 14,7 psi + (gc/g)(h/144) = 14,7 psi+112,68 lb/ft3x(32 lbm.ft/lbr.s2/32 ft/s2)x(12 ft/144) = 24,93 psi Menghitung  Sin 

= D/(430t)

Sin 

= 90/(430x0,25) = 0,186



= 10,72º

( Persamaan 4.6 Brownell, hal.64 )

Menghitung tinggi head tangki tg 

= h / 0,5 D

h

= tg  x 0,5 D = tg 10,72º x 0,5 x 20 = 1,89 ft

Menghtiung longitudinal stress t=

.d +c 2 . f . sin( )

bahan konstruksi yang dipilih adalah carbon steel SA-283 grade D) dengan sifat-sifat sebagai berikut : Maka, t = t=

.d +c 2 . f . sin( ) + 0,1575 in = 0,97 in

Dari apendix f, item 2, Brownell dipilih : tebal plate standar = 1 in. Atap Tangki Bentuk : atap berbentuk kerucut (conical roof) Bahan konstruksi : Carbon Steel SA-285 grade D

D-13

θ Diambil θ = 10,72 Menghitung volume tangki total : Diameter tutup (head) tangki sama dengan diameter (shell) tangki = 6,1 m Perbandingan tinggi dan diameter tutup tangki:

(Brownell and Young,

1959) ht

=

m = 1,525 m = 5 ft

Ttangki = Hs + 2 ht = 3,66 m + 2(1,525) m = 6,71 m = 22 ft Jadi, tinggi tangki sudah termasuk tinggi atap adalah 22 ft. Volume atap

=

=

(

) (

)

= 523,81 ft³ = 14,83 m3 Volume tangki total = 167,86 m3 + 14,83 m3 = 182,69 m3 Dirancang tebal head = tebal shell = 1 in Reaktor Reaktor Sulfonasi (R-101) Fungsi

: Tempat terjadinya reaksi sulfonasi Linear Alkylbenzene dengan Oleum 20%

Jenis

: Tangki berpengaduk kontinyu dengan jaket pendingin

Fasa

: Cair – cair

Jumlah

: 1 unit

Kondisi Operasi

: P = atmosferik; T=40ºC

Waktu Tinggal

: 4 Jam

Reaksi

: Eksotermis

Tipe Tangki

: Silinder vertikal dengan alas dan atap berbentuk torispherical

Material Alat

: Stainless Steel B-316

-

Penentuan Volume Reaktor

D-14

Laju volumetrik (Q)

= = = 1,8568 m3/jam

Volume liquid (VL)

= Q × Waktu tinggal = 1,8568 m3/jam × 4 jam = 7,427 m3

Factor kelonggaran (fk)

= 0,2

Volume reactor (Vr)

= 1,2 × 7,427 m3 = 8,913 m3 = 543.881,460 in3

-

Perhitungan Tekanan Desain Poperasi

= 1 atm

Pdesain

= 1,2 × Poperasi = 1,2 × 1 atm = 1,2 atm ≈ 17,6351 psi

-

Penentuan Dimensi Reaktor Penentuan jenis head dan rasio pada reaktor didasarkan pada Process Equipment Design Handbook (Brownell & Young, 1959). Rasio D:H

: 1 (D=H), maka:

Volume Shell (Vs)

=

H = D, sehingga:

= Untuk head jenis torispherical perhitungan volumenya adalah: Volume Head (Vh)

= 0,000049 D3

(Pers. 5.11 Brownell & Young)

Dengan D dalam inchi, maka: Vr

= Vs + 2 Vh =

+ 2 (0,000049 D3)

= ( + 0,000098) D3

D-15

=(

D

)

=(

)

= 88,483 in Inlet Diameter (ID) = H = 88,483 in ≈ 2,247 m Pemilihan material tangki: Yield stress (SL) Dengan:

= Eα(T2-T1)-vSh

SL

: Longitudinal compressive stress, psi (Yield Stress)

E

: Modulus elastisitas baja, psi (20-29 juta)

α

: Koefisien linear ekspansi, in/in/ºF

T1

: Temperatur operasi, ºF ≈ 104 ºF

T2

: Temperatur operasi maksimum atau minimum, ºF ≈ 122 ºF

v

: Rasio Poisson ≈ 0,3 untuk baja

Sh

: Hoop Stress terhadap tekanan fluida, psi *Keterangan: vSh diabaikan karena nilainya kecil

Yield Stress (SL)

= (29.000.000 psi) (6,5E-06 psi) (122-104)ºF = 3.393 psi

Nilai yield stress bahan yang digunakan minimum bernilai 3.393 psi. Menurut buku Unit Processes in Organic Synthesis (P.H. Groggins,1958), material yang biasa digunakan untuk proses produksi LAS adalah Stainless Steel 316.

D-16

Gambar D-1. Nilai Stress yang Direkomendasikan Sumber: Peters-Timmerhause, 1991, hal. 538

Nilai SL Stainless Steel 316 > 3.391 psi, maka bahan tersebut dapat digunakan. Tebal dinding shell dihitung dengan persamaan: (

ts

)

(Pers. 13.1 Brownell & Young)

Dengan: p

: tekanan desain

ri : jari-jari dalam (

=

= 44,2415 in)

f

: max allowable stress (Stainless Steel 316 = 18.700 psi)

e

: efisiensi sambungan (Double welded butt joints = 80%) (Brownell & Young

hal. 43) c ts

: faktor korosi (1/8 in ≈ 0,125 in) (

)

in

= 0,177171051 in Dengan mengikuti ukuran OD standar, diambil tebal standar 5/16 in ≈ 0,3125 in

D-17

Outlet Diameter (OD)

= ID + (2 × ts) = 88,483 in + (2 × 0,3125 in) = 88,8581 in

Dari Tabel 5.7 Brownell & Young, ditentukan nilai OD standar, icr dan r

Gambar D-2. Tabel Dimensi Kode Flange dan Head ASME Sumber: Brownell & Young, 1959, hal. 90

OD standar

= 90 in ≈ 2,286 m

icr

= 5 ½ in

r

= 90 in

Nilai ID dikoreksi terhadap nilai OD standar menjadi: ID koreksi = Hs = OD standar – (2 × ts standar) = 90 in – (2 × 0,3125 in) = 89,375 in ≈ 2,27013 m Material head dan shell sama, maka tebal head sama dengan tebal shell, yaitu 5/16. Untuk menentukan volume head, dilakukan perhitungan rasio icr terhadap OD

D-18

Dengan nilai rasio icr/OD sama dengan 6% maka nilai Vh akan sama dengan Volume Head (Vh)

= 0,000049 D3 = 0,000049 (89,375 in)3 = 34,9820 ft3 ≈ 0,99 m3

Dari Tabel 5.6 Brownell & Young (1959), diketahui standar straight flange (SF) untuk ketebalan head 5/16 adalah 1½ - 3 in. dipilih nilai SF = 2,25 in

Gambar D-3. Hubungan Dimensional untuk flanged dan dished heads Sumber: Brownell & Young, 1959, hal. 87

Untuk mengetahui dimensi head, digunakan persamaan Gambar 5.8 Brownell & Young hal 87. A = = = 44,4290 in

AB = A- icr = 44,4290 in – 5 ½ in = 38,9290 in BC = r – icr = 90 in – 5 ½ in = 84,5 in

D-19

AC = √ =√ = 74,9985 in B = r – AC = 90 in - 74,9985 in = 15,0015 in OA = th + B + SF = 0,3125 in + 15,0015 in + 2,25 in = 17,8140 in Hh ≈ 0,4525 m Sehingga, didapatkan nilai tinggi reactor Tinggi reaktor

= ID koreksi + (2 × tinggi head) = 2,27013 m + (2 × 0,4525 m) = 3,18 m

Menghitung Tinggi Larutan Dalam Reaktor Luas Penampang Reaktor (A)

= = = 4,07 m2

Volume Shell (Vs)

= Volume Liquid (VL) – Volume Head (Vh) = 7,427 m3 - 0,99 m3 = 6,437 m3

Tinggi Liquid Dalam Shell (HLs)

= = = 1,58 m

Tinggi Liquid Dalam Reaktor (HLr)

= HLs + Hh = 2,03 m

D-20

Sehingga, Volume Shell Aktual (Vsaktual)

= A × Hs = 4,07 m2 × 2,27013 m = 9,24 m3

Volume Reaktor Aktual (VRaktual)

= Vs + 2 Vh = 9,24 m3 + (2 ×0,99 m3) = 11,22 m3

-

Perancangan Pengaduk Komponen LAB Paraffin H2SO4 Air SO3 LABSA

N (kmol/jam) 0,0328 0,0682 13,1164 1,4574 0,8526 3,2463

Fraksi mol 0,0017 0,0036 0,6987 0,0776 0,0454 0,1729

Viskositas, μ @40ºC (cP) 5,187 0,954 15,020 0,651 3,724 362,308

μ × fraksi mol 0,0091 0,0035 10,4939 0,0506 0,1691 62,6498

μcamp (cP)

73,376

Untuk menentukan jenis pengaduk, dibutuhkan nilai viskositas campuran dan volume reaktor untuk selanjutnya di plot ke dalam grafik. Hasil plot angka μcamp dan VR ke gambar D-4, didapatkan hasil jenis pengaduk yang digunakan adalah jenis Paddle dengan proporsi sebagai berikut:

D-21

Gambar D-4 Panduan Pemilihan Pengaduk Sumber: Chemical Engineering Vol.6, Chemical Engineering 4 th Edition, Coulson Richardson, 1993

Gambar D-5 Pengukuran Proporsi Agitator Sumber: Unit Operation Of Chemical Engineering, 5 th Edition, McCabe and Smith, 1993

D-22

Da

= × 2,27013 m

H

= 2,27 m

= 0,76 m

=

× 2,27013 m

= × 2,27013 m

= 0,19 m

E

= 0,76 m

= × 0,76 m

= × 0,76 m

= 0,15

= 0,19 m

Menentukan Kecepatan Pengaduk dan Jumlah Impeller ρumpan

= 1.323,61 kg/m3

ρair

= 998 kg/m3

SGumpan

= = = 1,33

WELH

= Water Equivalent Liquid Height = HLr × SG = 2,03 m × 1,33 = 2,70 m ( =(

) )

= 91,34 rpm = 1,52 rps

( (

) ) standar : 100 rpm

(Walas,2010)

D-23

Jumlah Impeller (ni)

= = = 1,18 ≈ 2 buah

Menentukan Daya Pengaduk NRe

= = = 8.542,64

Plot nilai NRe ke garis paddle (garis 10) untuk mendapatkan Np

Gambar D-6 Kurva Hubungan Bilangan Reynold dengan Bilangan Power Sumber: Chemical Process Equipment 2nd Edition hal. 279, Walas, 2010

Dari kurva diatas, didapatkan nilai Np = 3, sehingga Power dapat dihitung menggunakan rumus: P = Np × N3 × ID × ρumpan = 3 × (1,52 rps)3 × 2,27 m5 × 1.323,61 kg/m3 = 3528,7J/s = 4,8 HP

D-24

-

Perhitungan Jaket Pendingin Jumlah air pendingin = 15.781 kg/jam = 998 kg/m3

Densitas

Laju Volumetrik (Q) = 15,81 m3/jam Bahan Jaket

= Stainless Steel 316

Doptimum

= 3,9 × Q0,45 × ρ0,13 = 33,15 mm ≈ 0,03315 m

Djaket

= OD Reaktor + (2 × Doptimum) = 2,286 m + (2 × 0,03315 m) = 2,35 m

Hjaket = Hreaktor

= 3,18

Tekanan desain

= 17,6351 psi

Tebal jaket (tj)

=(

)

=(

)

= 0,178 in Reaktor Netralisasi (R-102) Fungsi

: Tempat terjadinya reaksi sulfonasi Linear Alkylbenzene Sulfonate dengan NaOH

Jenis

: Tangki berpengaduk kontinyu dengan jaket pendingin

Fasa

: Cair – cair

Jumlah

: 1 unit

Kondisi Operasi

: P = atmosferik; T=50ºC

Waktu Tinggal

: 4 Jam

Reaksi

: Eksotermis

Tipe Tangki

: Silinder vertikal dengan alas dan atap berbentuk torispherical

Material Alat

: Stainless Steel 316

D-25

-

Penentuan Volume Reaktor Laju volumetrik (Q)

= = = 1,9211 m3/jam

Volume liquid (VL)

= Q × Waktu tinggal = 1,9211 m3/jam × 4 jam = 7,684 m3

Factor kelonggaran (fk)

= 0,2

Volume reactor (Vr)

= 1,2 × 7,684 m3 = 9,221 m3 = 562.706 in3

-

Perhitungan Tekanan Desain Poperasi

= 1 atm

Pdesain

= 1,2 × Poperasi = 1,2 × 1 atm = 1,2 atm ≈ 17,6351 psi

-

Penentuan Dimensi Reaktor Penentuan jenis head dan rasio pada reaktor didasarkan pada Process Equipment Design Handbook (Brownell & Young, 1959). Rasio D:H

: 1 (D=H), maka:

Volume Shell (Vs)

=

H = D, sehingga:

= Untuk head jenis torispherical perhitungan volumenya adalah: Volume Head (Vh)

= 0,000049 D3

(Pers. 5.11 Brownell & Young)

Dengan D dalam inchi, maka: Vr

= Vs + 2 Vh =

+ 2 (0,000049 D3)

= ( + 0,000098) D3

D-26

=(

D

)

=(

)

= 89,492 in Inlet Diameter (ID) = H = 89,492 in ≈ 2,273 m Pemilihan material tangki: Yield stress (SL) Dengan:

= Eα(T2-T1)-vSh

SL

: Longitudinal compressive stress, psi (Yield Stress)

E

: Modulus elastisitas baja, psi (20-29 juta)

α

: Koefisien linear ekspansi, in/in/ºF

T1

: Temperatur operasi, ºF ≈ 104 ºF

T2

: Temperatur operasi maksimum atau minimum, ºF ≈ 122 ºF

v

: Rasio Poisson ≈ 0,3 untuk baja

Sh

: Hoop Stress terhadap tekanan fluida, psi *Keterangan: vSh diabaikan karena nilainya kecil

Yield Stress (SL)

= (29.000.000 psi) (6,5E-06 psi) (122-104)ºF = 3.393 psi

Nilai yield stress bahan yang digunakan minimum bernilai 3.393 psi. Menurut buku Unit Processes in Organic Synthesis (P.H. Groggins,1958), material yang biasa digunakan untuk proses produksi LAS adalah Stainless Steel 316.

D-27

Gambar D-7. Nilai Stress yang Direkomendasikan Sumber: Peters-Timmerhause, 1991, hal. 538

Nilai SL Stainless Steel 316 > 3.391 psi, maka bahan tersebut dapat digunakan. Tebal dinding shell dihitung dengan persamaan: (

ts

)

(Pers. 13.1 Brownell & Young)

Dengan: p

: tekanan desain

ri : jari-jari dalam (

=

= 44,746 in)

f

: max allowable stress (Stainless Steel 316 = 18.700 psi)

e

: efisiensi sambungan (Double welded butt joints = 80%) (Brownell & Young

hal. 43) c ts

: faktor korosi (1/8 in ≈ 0,125 in) (

)

in

= 0,1513 in Dengan mengikuti ukuran OD standar, diambil tebal standar 5/16 in ≈ 0,3125 in

D-28

Outlet Diameter (OD)

= ID + (2 × ts) = 89,492 in + (2 × 0,3125 in) = 90,12 in

Dari Tabel 5.7 Brownell & Young, ditentukan nilai OD standar, icr dan r

Gambar D-8. Tabel Dimensi Kode Flange dan Head ASME Sumber: Brownell & Young, 1959, hal. 90

OD standar

= 96 in ≈ 2,44 m

icr

= 5 7/8 in

r

= 96 in

Nilai ID dikoreksi terhadap nilai OD standar menjadi: ID koreksi = Hs = OD standar – (2 × ts standar) = 96 in – (2 × 0,3125 in) = 89,697 in ≈ 2,28 m Material head dan shell sama, maka tebal head sama dengan tebal shell, yaitu 5/16, maka nilai Vh akan sama dengan: Volume Head (Vh)

= 0,000049 D3 = 0,000049 (89,6974 in)3 = 35,362 ft3

≈ 2,278 m3

D-29

Dari Tabel 5.6 Brownell & Young (1959), diketahui standar straight flange (SF) untuk ketebalan head 5/16 adalah 1½ - 3 in. dipilih nilai SF = 2,25 in

Gambar D-9. Hubungan Dimensional untuk flanged dan dished heads Sumber: Brownell & Young, 1959, hal. 87

Untuk mengetahui dimensi head, digunakan persamaan Gambar 5.8 Brownell & Young hal 87. A = = = 44,8487 in AB = A- icr = 44,8487 in – 5 7/8 in = 40,47 in BC = r – icr = 96 in – 5 7/8 in = 85,625 in AC = √ =√ = 75,4554 in B = r – AC = 96 in - 75,4554 in = 14,5446 in

D-30

OA = th + B + SF = 0,3125 in + 14,5446 in + 2,25 in = 17,357 in Hh ≈ 0,441 m Sehingga, didapatkan nilai tinggi reactor Tinggi reaktor

= ID koreksi + (2 × tinggi head) = 2,28 m + (2 × 0,441 m) = 3,16 m

Menghitung Tinggi Larutan Dalam Reaktor Luas Penampang Reaktor (A)

= = = 4,07 m2

Volume Shell (Vs)

= Volume Liquid (VL) – Volume Head (Vh) = 7,684 m3 - 2,278 m3 = 6,71 m3

Tinggi Liquid Dalam Shell (HLs)

= = = 1,647 m

Tinggi Liquid Dalam Reaktor (HLr)

= HLs + Hh = 2,08 m

Sehingga, Volume Shell Aktual (Vsaktual)

= A × Hs = 4,07 m2 × 2,28 m = 9,28 m3

Volume Reaktor Aktual (VRaktual)

= Vs + 2 Vh = 9,28 m3 + (2 × 0,97 m3) = 11,23 m3

D-31

-

Perancangan Pengaduk Komponen

N (kmol/jam)

Fraksi mol

Viskositas, μ @40ºC (cP)

μ × fraksi mol

LAB

0,033

0,001

5,187

0,004

Paraffin

0,068

0,002

0,954

0,001

H2SO4

0,715

0,016

15,020

0,237

Air

41,220

0,910

0,651

0,593

LABSA

3,246

0,072

3,724

0,267

NaOH

4,514

0,100

362,308

36,115

μcamp (cP)

37,217

Untuk menentukan jenis pengaduk, dibutuhkan nilai viskositas campuran dan volume reaktor untuk selanjutnya di plot ke dalam grafik. Hasil plot angka μcamp dan VR ke gambar D-4, didapatkan hasil jenis pengaduk yang digunakan adalah jenis Paddle dengan proporsi sebagai berikut:

Gambar D-10 Panduan Pemilihan Pengaduk Sumber: Chemical Engineering Vol.6, Chemical Engineering 4 th Edition, Coulson Richardson, 1993

D-32

Gambar D-11 Pengukuran Proporsi Agitator Sumber: Unit Operation Of Chemical Engineering, 5 th Edition, McCabe and Smith, 1993

Da = × 2,278 m

H

= 2,278 m

= 0,76 m

= J

× 2,278 m

= 0,19 m

= × 2,278 m E

= 0,76 m

= × 0,76 m

= × 0,76 m

= 0,15

= 0,19 m

Menentukan Kecepatan Pengaduk dan Jumlah Impeller ρumpan

= 1.853 kg/m3

ρair

= 998 kg/m3

SGumpan

= = = 1,86

D-33

WELH

= Water Equivalent Liquid Height = HLr × SG = 2,08 m × 1,86 = 3,88 m (

)

(

=(

)

(

= 109,4 rpm

) ) standar : 125 rpm

= 1,82 rps Jumlah Impeller (ni)

= = = 1,7 ≈ 2 buah

Menentukan Daya Pengaduk NRe

= = = 59.583,43

Plot nilai NRe ke garis paddle (garis 10) untuk mendapatkan Np

(Walas, 2010)

D-34

Gambar D-12 Kurva Hubungan Bilangan Reynold dengan Bilangan Power Sumber: Chemical Process Equipment 2nd Edition hal. 279, Walas, 2010

Dari kurva diatas, didapatkan nilai Np = 4, sehingga Power dapat dihitung menggunakan rumus: P = Np × N3 × ID × ρumpan = 4 × (1,82 rps)3 × 2,278 m5 × 1.853 kg/m3 = 11.351 J/s = 15,4 HP

-

Perhitungan Jaket Pendingin Jumlah air pendingin = 12.533 kg/jam Densitas

= 998 kg/m3

Laju Volumetrik (Q) = 12,56 m3/jam Bahan Jaket

= Carbon Steel

Doptimum

= 3,9 × Q0,45 × ρ0,13 = 29,89 mm ≈ 0,03 m

Djaket

= OD Reaktor + (2 × Doptimum) = 2,438 m + (2 × 0,03 m)

D-35

= 2,50 m Hjaket = Hreaktor

= 3,16 m

Tekanan desain

= 17,6351 psi

Tebal jaket (tj)

=(

)

=(

)

= 0,178 in Tangki Pengenceran H2SO4 (M-101) Fungsi

: Tempat terjadinya pelarutan H2SO4 98% menjadi H2SO4 78%

Jenis

: Tangki berpengaduk kontinyu dengan jaket pendingin

Fasa

: Cair – cair

Jumlah

: 1 unit

Kondisi Operasi

: P = atmosferik; T=40ºC

Waktu Tinggal

: 4 Jam

Reaksi

: Eksotermis

Tipe Tangki

: Silinder vertikal dengan alas dan atap berbentuk torispherical

Material Alat

: Stainless Steel B-316

-

Penentuan Volume Mixer Laju volumetrik (Q)

= = = 2,19 m3/jam

Volume liquid (VL)

= Q × Waktu tinggal = 2,19 m3/jam × 4 jam = 8,74 m3

Faktor kelonggaran (fk) = 0,2 Volume mixer (Vm)

= 1,2 × 8,74 m3 = 10,49 m3 = 640.139 in3

D-36

-

Perhitungan Tekanan Desain Poperasi

= 1 atm

Pdesain

= 1,2 × Poperasi = 1,2 × 1 atm = 1,2 atm ≈ 17,6351 psi

-

Penentuan Dimensi Mixer Penentuan jenis head dan rasio pada reaktor didasarkan pada Process Equipment Design Handbook (Brownell & Young, 1959). Rasio D:H

: 1 (D=H), maka:

Volume Shell (Vs)

=

H = D, sehingga:

= Untuk head jenis torispherical perhitungan volumenya adalah: Volume Head (Vh)

= 0,000049 D3

(Pers. 5.11 Brownell & Young)

Dengan D dalam inchi, maka: Vr

= Vs + 2 Vh =

+ 2 (0,000049 D3)

= ( + 0,000098) D3 =(

D

=(

) )

= 93,42 in Inlet Diameter (ID) = H = 93,42 in ≈ 2,37 m Pemilihan material tangki: Yield stress (SL) Dengan:

= Eα(T2-T1)-vSh

SL

: Longitudinal compressive stress, psi (Yield Stress)

E

: Modulus elastisitas baja, psi (20-29 juta)

α

: Koefisien linear ekspansi, in/in/ºF

T1

: Temperatur operasi, ºF ≈ 104 ºF

D-37

T2

: Temperatur operasi maksimum atau minimum, ºF ≈ 122 ºF

v

: Rasio Poisson ≈ 0,3 untuk baja

Sh

: Hoop Stress terhadap tekanan fluida, psi *Keterangan: vSh diabaikan karena nilainya kecil

Yield Stress (SL)

= (29.000.000 psi) (6,5E-06 psi) (122-104)ºF = 3.393 psi

Nilai yield stress bahan yang digunakan minimum bernilai 3.393 psi. Menurut buku Unit Processes in Organic Synthesis (P.H. Groggins,1958), material yang biasa digunakan untuk proses produksi LAS adalah Stainless Steel 316.

Gambar D-13. Nilai Stress yang Direkomendasikan Sumber: Peters-Timmerhause, 1991, hal. 538

Nilai SL Stainless Steel 316 > 3.391 psi, maka bahan tersebut dapat digunakan. Tebal dinding shell dihitung dengan persamaan: (

ts

)

(Pers. 13.1 Brownell & Young)

Dengan: p

: tekanan desain

ri : jari-jari dalam (

=

= 46,71 in)

D-38

f

: max allowable stress (Stainless Steel 316 = 18.700 psi)

e

: efisiensi sambungan (Double welded butt joints = 80%) (Brownell & Young

hal. 43) c

: faktor korosi (1/8 in ≈ 0,125 in) (

ts

)

in

= 0,153 in Dengan mengikuti ukuran OD standar, diambil tebal standar 5/16 in ≈ 0,3125 in

Outlet Diameter (OD)

= ID + (2 × ts) = 93,42 in + (2 × 0,3125 in) = 94,05 in

Dari Tabel 5.7 Brownell & Young, ditentukan nilai OD standar, icr dan r

Gambar D-14. Tabel Dimensi Kode Flange dan Head ASME Sumber: Brownell & Young, 1959, hal. 90

OD standar

= 96 in ≈ 2,4384 m

icr

= 5 7/8 in

r

= 96 in

Nilai ID dikoreksi terhadap nilai OD standar menjadi:

D-39

ID koreksi = Hs = OD standar – (2 × ts standar) = 96 in – (2 × 0,3125 in) = 95,375 in ≈ 2,42253 m Material head dan shell sama, maka tebal head sama dengan tebal shell, yaitu 5/16. Volume Head (Vh)

= 0,000049 D3 = 0,000049 (95,375 in)3 = 42,51 ft3 ≈ 1,20375 m3

Dari Tabel 5.6 Brownell & Young (1959), diketahui standar straight flange (SF) untuk ketebalan head 5/16 adalah 1½ - 3 in. dipilih nilai SF = 2,25 in

Gambar D-15. Hubungan Dimensional untuk flanged dan dished heads Sumber: Brownell & Young, 1959, hal. 87

Untuk mengetahui dimensi head, digunakan persamaan Gambar 5.8 Brownell & Young hal 87. A = = = 47,69 in AB = A- icr = 47,69 in – 5 7/8 in = 43,31 in

D-40

BC = r – icr = 96 in – 5 7/8 in = 85,63 in AC = √ =√ = 73,86 in B = r – AC = 96 in – 73,86 in = 16,14 in OA = th + B + SF = 0,3125 in + 16,14 in + 2,25 in = 18,95 in Hh ≈ 0,48 m Sehingga, didapatkan nilai tinggi reactor Tinggi mixer

= ID koreksi + (2 × tinggi head) = 2,42 m + (2 × 0,48 m) = 3,39 m

Menghitung Tinggi Larutan Dalam Mixer Luas Penampang Mixer (A)

= = = 4,61 m2

Volume Shell (Vs)

= Vol. Liquid (VL) – Vol. Head (Vh) = 8,74 m3 – 1,2 m3 = 7,54 m3

Tinggi Liquid Dalam Shell (HLs)

= = = 1,64 m

D-41

Tinggi Liquid Dalam Mixer (HLm)

= HLs + Hh = 1,64 m + 0,48 m = 2,12 m

Sehingga, Volume Shell Aktual (Vsaktual)

= A × Hs = 4,61 m2 × 2,42 m = 11,16 m3

Volume Mixer Aktual (VMaktual)

= Vsaktual + 2 Vh = 11,16 m3 + (2 ×1,20 m3) = 13,57 m3

-

Perancangan Pengaduk Komponen LAB Paraffin H2SO4 Air SO3 LABSA

N (kmol/jam)

Fraksi mol

Viskositas, μ @40ºC (cP)

μ × fraksi mol

0,033

0,001

5,187

0,004

0,068

0,002

0,954

0,002

13,116

0,322

15,020

4,832

23,458

0,575

0,651

0,375

0,853

0,021

3,724

0,078

3,246

0,080

362,308

28,846

μcamp (cP)

34,136

Untuk menentukan jenis pengaduk, dibutuhkan nilai viskositas campuran dan volume reaktor untuk selanjutnya di plot ke dalam grafik. Hasil plot angka μcamp dan VR ke gambar D-16, didapatkan hasil jenis pengaduk yang digunakan adalah jenis Paddle dengan proporsi sebagai berikut:

D-42

Gambar D-16 Panduan Pemilihan Pengaduk Sumber: Chemical Engineering Vol.6, Chemical Engineering 4 th Edition, Coulson Richardson, 1993

Gambar D-17 Pengukuran Proporsi Agitator Sumber: Unit Operation Of Chemical Engineering, 5 th Edition, McCabe and Smith, 1993

D-43

Da

= × 2,42 m

H

= 2,42 m

= 0,81 m

=

× 2,42 m

= × 2,42 m

= 0,20 m

E

= 0,81 m

= × 0,81 m

= × 0,81 m

= 0,16 m

= 0,20 m

Menentukan Kecepatan Pengaduk dan Jumlah Impeller ρumpan

= 1.305,78 kg/m3

ρair

= 998 kg/m3

SGumpan

= = = 1,31

WELH

= Water Equivalent Liquid Height = HLr × SG = 2,12 m × 1,31 = 2,77 m ( =(

) )

= 84,35 rpm = 1,68 rps

( (

) ) standar : 100 rpm

(Walas,2010)

D-44

Jumlah Impeller (ni)

= = = 1,14 ≈ 2 buah

Menentukan Daya Pengaduk NRe

= = = 18.936,72

Plot nilai NRe ke garis paddle (garis 10) untuk mendapatkan Np

Gambar D-18 Kurva Hubungan Bilangan Reynold dengan Bilangan Power Sumber: Chemical Process Equipment 2nd Edition hal. 279, Walas, 2010

Dari kurva diatas, didapatkan nilai Np = 3, sehingga Power dapat dihitung menggunakan rumus: P

= Np × N3 × ID × ρumpan = 3 × (1,68 rps)3 × 2,42 m5 × 1.305,78 kg/m3 = 6.337 J/s = 7,8 HP

D-45

-

Perhitungan Jaket Pendingin Jumlah air pendingin = 2.953,33 kg/jam = 998 kg/m3

Densitas

Laju Volumetrik (Q) = 2,96 m3/jam Bahan Jaket

= Carbon Steel

Doptimum

= 3,9 × Q0,45 × ρ0,13 = 3,9 × (2,96 m)0,45 × (998 kg/m3)0,13 = 15,59 mm ≈ 0,016 m

Djaket

= OD Reaktor + (2 × Doptimum) = 2,438 m + (2 × 0,016 m) = 2,47 m

Hjaket = Hreaktor

= 2,438 m

Tekanan desain

= 17,6351 psi

Tebal jaket (tj)

=(

)

=(

)

= 0,18 in Tangki Mixing NaOH (M-102) Fungsi

: Tempat terjadinya pelarutan NaOH 20%

Jenis

: Tangki berpengaduk dengan jaket pendingin

Fasa

: Cair – padat

Jumlah

: 1 unit

Kondisi Operasi

: P = atmosferik; T=30ºC

Reaksi

: Eksotermis

Tipe Tangki

: Silinder vertikal dengan alas datar dan atap berbentuk torispherical

Material Alat

: Carbon Steel SA-285 Grade A

D-46

-

Penentuan Volume Tangki = 0,854 m3

VLtotal

Faktor kelonggaran (fk) = 0,2 Volume tangki (Vt)

= 1,2 × 0,854 m3 = 1,025 m3 = 62.549,3 in3

-

Perhitungan Tekanan Desain Poperasi

= 1 atm

Pdesain

= 1,2 × Poperasi = 1,2 × 1 atm = 1,2 atm ≈ 17,6351 psi

-

Penentuan Dimensi Reaktor Penentuan jenis head dan rasio pada reaktor didasarkan pada Process Equipment Design Handbook (Brownell & Young, 1959). Rasio D:H

: 1 (D=H), maka:

Volume Shell (Vs)

=

H = D, sehingga:

= Untuk head jenis torispherical perhitungan volumenya adalah: Volume Head (Vh)

= 0,000049 D3

(Pers. 5.11 Brownell & Young)

Dengan D dalam inchi, maka: Vt

= Vs + 2 Vh =

+ 2 (0,000049 D3)

= ( + 0,000098) D3 D

=( =( = 43,03 in

Inlet Diameter (ID) = H = 43,03 in ≈ 1,093 m

) )

D-47

Pemilihan material tangki: Yield stress (SL) Dengan:

= Eα(T2-T1)-vSh

SL

: Longitudinal compressive stress, psi (Yield Stress)

E

: Modulus elastisitas baja, psi (20-29 juta)

α

: Koefisien linear ekspansi, in/in/ºF

T1

: Temperatur operasi, ºF

T2

: Temperatur operasi maksimum atau minimum, ºF

v

: Rasio Poisson ≈ 0,3 untuk baja

Sh

: Hoop Stress terhadap tekanan fluida, psi *Keterangan: vSh diabaikan karena nilainya kecil

Yield Stress (SL)

= (29.000.000 psi) (6,5E-06 psi) (100-86)ºF = 2.426 psi

Nilai yield stress bahan yang digunakan minimum bernilai 3.393 psi. Menurut buku Caustic Soda Handbook (OxyChem, 2013), material yang biasa digunakan untuk storage atau proses NaOH adalah Carbon Steel.

Gambar D-19. Nilai Stress yang Direkomendasikan Sumber: Peters-Timmerhause, 1991, hal. 538

D-48

Nilai SL Carbon Steel SA-285 > 2.426 psi, maka bahan tersebut dapat digunakan. Tebal dinding shell dihitung dengan persamaan: (

ts

)

(Pers. 13.1 Brownell & Young)

Dengan: p

: tekanan desain

ri : jari-jari dalam (

=

= 21,5 in)

f

: max allowable stress (Stainless Steel 316 = 13.700 psi)

e

: efisiensi sambungan (Double welded butt joints = 80%) (Brownell & Young

hal. 43) c

: faktor korosi (1/8 in ≈ 0,125 in)

ts

(

)

in

= 0,142 in Dengan mengikuti ukuran OD standar, diambil tebal standar 3/16 in ≈ 0,1875 in Outlet Diameter (OD)

= ID + (2 × ts) = 43,03 in + (2 × 0,1875 in) = 43,53 in

Dari Tabel 5.7 Brownell & Young, ditentukan nilai OD standar, icr dan r

D-49

Gambar D-20. Tabel Dimensi Kode Flange dan Head ASME Sumber: Brownell & Young, 1959, hal. 90

OD standar

= 48 in ≈ 1,219 m

icr

= 3 in

r

= 48 in

Nilai ID dikoreksi terhadap nilai OD standar menjadi: ID koreksi = Hs = OD standar – (2 × ts standar) = 48 in – (2 × 0,1875 in) = 47,625 in ≈ 1,21m Material head dan shell sama, maka tebal head sama dengan tebal shell, yaitu 5/16. Volume Head (Vh)

= 0,000049 D3 = 0,000049 (47,625 in)3 = 5,293 ft3 ≈ 0,15 m3

Dari Tabel 5.6 Brownell & Young (1959), diketahui standar straight flange (SF) untuk ketebalan head 5/16 adalah 1½ - 2 in. dipilih nilai SF = 1,75 in

D-50

Gambar D-21. Hubungan Dimensional untuk flanged dan dished heads Sumber: Brownell & Young, 1959, hal. 87

Untuk mengetahui dimensi head, digunakan persamaan Gambar 5.8 Brownell & Young hal 87. A = = = 23,812 in AB = A- icr = 23,812 in – 3 in = 20,812 in BC = r – icr = 48 in – 3 in = 45 in AC = √ =√ = 39,90 in B = r – AC = 48 in – 39,90 in = 8,1 in

D-51

OA = th + B + SF = 0,1875 in + 8,1 in + 1,75 in = 10,915 in Hh ≈ 0,277 m Sehingga, didapatkan nilai tinggi mixer Tinggi mixer

= ID koreksi + (2 × tinggi head) = 1,21 m + (2 × 0,277 m) = 1,76 m

Menghitung Tinggi Larutan Dalam Reaktor Luas Penampang Mixer (A)

= = = 1,149 m2

Volume Shell (Vs)

= Vol. Liquid (VL) – Vol. Head (Vh) = 0,854 m3 – 0,15 m3 = 0,704 m3

Tinggi Liquid Dalam Shell (HLs)

= = = 0,613 m

Tinggi Liquid Dalam Mixer (HLm)

= HLs + Hh = 0,613 m + 0,277 m = 0,89 m

Sehingga, Volume Shell Aktual (Vsaktual)

= A × Hs = 1,149 m2 × 1,21 m = 1,39 m3

Volume Mixer Aktual (VMaktual)

= Vsaktual + 2 Vh = 1,39 m3 + (2 ×0,15 m3) = 1,69 m3

D-52

-

Perancangan Pengaduk Komponen

N (kmol/jam)

Fraksi mol

Viskositas, μ @40ºC (cP)

μ × fraksi mol

NaOH

4,514

0,101

0,145

0,015

Air

40,122

0,899

0,797

0,717

μcamp (cP) 0,731

Untuk menentukan jenis pengaduk, dibutuhkan nilai viskositas campuran dan volume reaktor untuk selanjutnya di plot ke dalam grafik. Hasil plot angka μcamp dan VR ke gambar D-4, didapatkan hasil jenis pengaduk yang digunakan adalah jenis Propeller dengan proporsi sebagai berikut:

Gambar D-22 Panduan Pemilihan Pengaduk Sumber: Chemical Engineering Vol.6, Chemical Engineering 4 th Edition, Coulson Richardson, 1993

D-53

Gambar D-23 Pengukuran Proporsi Agitator Sumber: Unit Operation Of Chemical Engineering, 5 th Edition, McCabe and Smith, 1993

Da

= × 1,21 m

H

= 1,21 m

= 0,4 m

=

× 1,21 m

= 0,1 m

= × 1,21 m E

= 0,4 m

= × 0,4 m

= × 0,04 m

= 0,08 m

= 0,1 m

Menentukan Kecepatan Pengaduk dan Jumlah Impeller ρumpan

= 1.057 kg/m3

ρair

= 998 kg/m3

SGumpan

= = = 1,06

D-54

WELH

= Water Equivalent Liquid Height = HLm × SG = 0,89 m × 1,06 = 0,94 m ( =(

) )

(

)

(

)

= 139,46 rpm

standar : 155 rpm

(Walas,2010)

= 2,58 rps Jumlah Impeller (ni)

= = = 0,78 ≈ 2 buah

Menentukan Daya Pengaduk NRe

= = = 294.996,6

Plot nilai NRe ke garis propeller didapatkan nilai Np = 2, sehingga Power dapat dihitung menggunakan rumus: P

= Np × N3 × ID × ρumpan = 2 × (2,58 rps)3 × 1,21 m5 × 1.057 kg/m3 = 388,5 J/s = 0,5 HP

-

Perhitungan Jaket Pendingin Jumlah air pendingin = 5.056,5 kg/jam Densitas

= 998 kg/m3

Laju Volumetrik (Q) = 5,1 m3/jam Bahan Jaket

= Carbon Steel

D-55

= 3,9 × Q0,45 × ρ0,13

Doptimum

= 3,9 × (5,1 m)0,45 × (998 kg/m3)0,13 = 19,86 mm ≈ 0,02 m Djaket

= OD Mixer + (2 × Doptimum) = 1,219 m + (2 × 0,02 m) = 1,259 m

Hjaket = Hmixer

= 1,21 m

Tekanan desain

= 17,6351 psi

Tebal jaket (tj)

=(

)

=(

)

= 0,16 in Decanter (H-101) Fungsi

: Tempat pemisahan H2SO4 78% dengan LABSA

Jenis

: Gravity continuous settler

Fasa

: Cair – cair

Jumlah

: 1 unit

Kondisi Operasi

: P = atmosferik; T=40ºC

Tipe Tangki

: Silinder horizontal dengan kedua ujung berbentuk ellipsoidal

Material Alat -

: Stainless Steel 316

Data Komponen Ringan (Light Phase)

LAB

Laju Molar 0,0328

Fraksi Mol 0,0098

Paraffin

0,0682

0,0204

744,1

LABSA

3,2463

0,9698

1063,01

TOTAL

3,3472

1,0000

Komponen

Densitas

Densitas Campuran

845,8895

Viskositas

Viskositas Campuran

5,187 1057,996

0,9544 362,308

Densitas (ρL’)

= 1.057,996 kg/m3

Viskositas (µL’)

= 351,45 cP

Laju Massa

= 1.077,82 kg/jam

= 0,351 Pa.s

351,4496

D-56

Laju Alir Volumetrik (VL’)

= = 0,000283 m3/s

-

Data Komponen Berat

H2SO4

Laju Molar 13,9690

Fraksi Mol 0,3943

Air

21,4510

0,6056

TOTAL

35,4200

1,0000

Komponen

Densitas

Densitas Campuran

1836

Viskositas 15,02

1651,2

996

Densitas (ρH’)

= 1.651,2 kg/m3

Viskositas (µH’)

= 6,3181 cP

Laju Massa

= 1.755,08 kg/jam

Laju Alir Volumetrik (VH’)

=

0,6514

Viskositas Campuran 6,3181

= 0,00632 Pa.s

= 0,000315 m3/s Menghitung nilai θ untuk menentukan fase yang terdispersi menggunakan persamaan 6.15.1 Chemical Process Engineering Design and Economics, Harry Silla (2003) hal. 306. (

)

Keterangan: L

: Light Phase (Fasa Ringan)

H

: Heavy Phase (Fase Berat)

D

: Dispersed Phase (Fase Terdispersi)

C

: Continuous Phase (Fase Kontinyu) (

)

= 0,236 Dari tabel 6.13 Harry Silla (2003) hal. 305, diketahui bahwa fasa ringan selalu terdispersi. Maka fasa ringan merupakan fasa terdispersi dan fasa berat merupakan fasa kontinyu.

D-57

Gambar D-24 Tabel Parameter Fasa Terdispersi dalam Separasi Cair-Cair Sumber: Chemical Process Engineering Design and Economics, Chemical Process Engineering Design and Economics, Harry Silla (2003)

Settling time tidak diketahui, maka dicari dari persamaan 2.15 Unit Operation Of Chemical Engineering, 5th Edition, McCabe And Smith (1993) t

= = = 1,065 jam

Laju umpan masuk ke dalam dekanter adalah 2.832,90 kg/jam, sehingga total volume liquid yang tertampung di dalam tangki adalah: QL = = = 2,173 m3 VL = QL × t = 2,173 m3/jam × 1,065 jam = 2,314 m3 Bagian tangki yang terisi oleh cairan adalah sebanyak 95% (McCabe And Smith hal. 58, 1993), sehingga: VT = = = 2,436 m3

D-58

Perbandingan L/D yang direkomendasikan oleh Barton dalam Silla (2003). Sehingga nilai diameter dari dekanter menjadi: = ¼ π D2 L

VT

= ¼ π D2 5D =( )

D

=(

)

= 0,537 m L

=5×D = 5 × 0,537 m = 2,685 m

-

Menghitung Ketinggian Cairan di Dalam Vessel

Gambar D-25 Gambar Dekanter Tampak Samping Sumber : Unit Operation Of Chemical Engineering, 5th Ed. Hal.56, McCabe And Smith, 1993

Fraksi volume tangki yang terisi cairan sebesar 95%, sehingga untuk tangki silinder horizontal berarti akan terisi sebanyak 90% ketinggiannya. Maka: ZT = 0,9 × L = 0,9 × 2,685 m = 2,42 m Jika umpan masuk di tengah antara alas vessel dan tinggi cairan, maka tinggi ZA1 adalah:

D-59

ZA1 = ½ × ZT = ½ × 2,42 m = 1,21 m Maka ketinggian ZA2 dapat dihitung: ZA2 = ZA1 + (ZT – ZA1) × = 1,21 m + (2,42 – 1,21) m × (

)

= 1,983 m -

Pemilihan material tangki:

Yield stress (SL) Dengan:

= Eα(T2-T1)-vSh

SL

: Longitudinal compressive stress, psi (Yield Stress)

E

: Modulus elastisitas baja, psi (20-29 juta)

α

: Koefisien linear ekspansi, in/in/ºF

T1

: Temperatur operasi, ºF

T2

: Temperatur operasi maksimum atau minimum, ºF

v

: Rasio Poisson ≈ 0,3 untuk baja

Sh

: Hoop Stress terhadap tekanan fluida, psi *Keterangan: vSh dapat diabaikan karena nilainya kecil

Yield Stress (SL)

= (29.000.000 psi) (6,5E-06 psi) (104-86)ºF = 3.119 psi

Nilai SL Stainless Steel 316 > 3.119 psi, maka bahan tersebut dapat digunakan. Tebal dinding shell dihitung dengan persamaan: (

ts

(Pers. 13.1 Brownell & Young)

)

Dengan: p

: tekanan desain

ri : jari-jari dalam (

=

= 10,57 in)

f

: max allowable stress (Stainless Steel 316 = 18.700 psi)

e

: efisiensi sambungan (Double welded butt joints = 80%) (Brownell & Young

hal. 43) c

: faktor korosi (1/8 in ≈ 0,125 in)

D-60

(

ts

)

in

= 0,136 in Diambil tebal standar 3/16 in -

Menentukan Diameter dan Tinggi head

Diameter tutup (head) tangki sama dengan diameter (shell) tangki = 0,537 m Perbandingan tinggi dan diameter tutup tangki adalah 1:4, sehingga tinggi tutup akan sama dengan: Hh

= = = 0,67 m

Maka total panjang decanter akan sama dengan: Ldecanter

= L + 2 Hh = 2,685 m + 2 (0,67) m = 4,028 m

Gudang LASNa Fungsi

: Tempat menyimpan produk LASNa

Bentuk bangunan

: Gudang dengan alas berbentuk persegi ditutup atap

Bahan konstruksi

: Dinding

: Beton

Lantai

: Semen

Atap

: Asbes

Jumlah

: 1 unit

Kondisi ruangan

: Temperatur

= 30oC

Tekanan

= 1 atm

Kebutuhan

= 7 hari

Laju alir massa (Qm)

= 1.299,146 kg/jam

Densitas bahan (campuran)

= 1124 kg/m³

D-61

(i)

Faktor Kelonggaran

= 20%

Faktor kosong area jalan

= 20%

Jumlah Gudang

= 1 buah

Perhitungan Desain Bangunan:

Laju alir massa (Qm)

= 1.299,146 kg/jam

Total massa bahan dalam gudang = 1.299,146 kg/jam×24 jam/hari ×7 hari = 218.256,6 kg Total volume bahan

=

=

= 194,1785 m3 Direncanakan gudang berjumlah 1 unit dengan faktor kosong ruangan 20% dan faktor kosong area jalan dalam gudang 20%. Sehingga: Volume ruangan yang dibutuhkan: (1 + 0,2 + 0,2) × 194,1785 = 271,8498 m3 Bangunan direncanakan dibangun dengan ukuran sisi sebesar 7 m, sehingga: V

=s×s×t

271,8498 m3

= 7 × 7 ×t

t

= 5,55 m = 6 m

Jadi ukuran bangunan gudang yang digunakan adalah: Panjang Sisi

=7m

Tinggi

= 6m

Gudang NaOH Padat Fungsi

: Tempat menyimpan bahan baku berupa NaOH padat

Bentuk bangunan

: Gudang dengan alas berbentuk persegi ditutup atap

Bahan konstruksi

: Dinding

: Beton

Lantai

: Semen

Atap

: Asbes

D-62

Jumlah

: 1 unit

Kondisi ruangan

: Temperatur

= 25oC

Tekanan

= 1 atm

Kebutuhan

= 7 hari

Laju alir massa (Qm)

= 184,24 kg/jam

Densitas bahan (campuran)

= 1465 kg/m³

Faktor Kelonggaran

= 20%

Faktor kosong area jalan

= 20%

Jumlah Gudang

= 1 buah

(ii) Perhitungan Desain Bangunan: Laju alir massa (Qm)

= 184,24 kg/jam

Total massa bahan dalam gudang = 184,24 kg/jam×24 jam/hari ×7 hari = 30.951,51 kg Total volume bahan

=

=

= 21,13 m3 Direncanakan gudang berjumlah 1 unit dengan faktor kosong ruangan 20% dan faktor kosong area jalan dalam gudang 20%. Sehingga: Volume ruangan yang dibutuhkan: (1 + 0,2 + 0,2) × 21,13 m3 = 29,58 m3 Bangunan direncanakan dibangun dengan ukuran sisi sebesar 3 m, sehingga: V

=s×s×t

271,8498 m3

= 3 × 3 ×t

t

= 3,29 m = 4

Jadi ukuran bangunan gudang yang digunakan adalah: Panjang Sisi

=3m

Tinggi

=4m

D-63

Shulphuric Acid Storage Tank Fungsi

: Tempat menyimpan produk samping berupa asam sulfat 78% (LAB) pada suhu 40oC dan tekanan 1 atm

Bentuk : silinder tegak dengan penutup datar (flat roof) Bahan

: Stainless Steel 304

Jumlah : 1 unit Dasar Pemilihan Tipe dan Bahan Tangki: -

Stainless steel 304 tahan terhadap korosi dan harga material yang relatif murah

-

Kondisi operasi pada suhu 40oC dan tekanan 1 atm (14,7 psia)

-

Biaya konstruksi penutup datar lebih murah dibanding bentuk lainnya.

-

Tekanan yang diizinkan maksimal 18.750 psia (Batabagara, 2012)

Kondisi Operasi Temperatur

: 40°C

Tekanan

: 1 atm

Laju alir

: 3330,52 kg/jam

Densitas

: 1547 kg/m3

Lama penyimpanan

: 7 hari

Faktor keamanan (fk)

: 10%

Perhitungan Dimensi Tangki a. Jumlah produk samping Jumlah produk samping

= 3330,52 kg/jam

Jumlah produk samping selama 7 hari = 559.527,7 kg b. Volume Tangki = = = 361,6857 m3 Volume Tangki,

VS

= (100% + 10%) x V1

= 1,1 x 361,6857 m3 = 397,85 m3

D-64

c. Diameter dan Tinggi Tangki Dari persamaan 3.12 Brownell untuk closed tank: D= H=

D

Vs = ¼ π D2 . H Vs = ¼ π D2 x 3/8 D Vs =

π D3

Sehingga diperoleh persamaan : Diameter Tangki,

√ √

= 435,17 in = 36,26 ft Tinggi Tangki,

= 13,6 ft Berdasarkan Appendix E halaman 346, item 1 (Brownell & Young, 1959), ukuran tangki standar ayng mendekati hasil perhitungan adalah H

= 18 ft

D

= 40 ft

d. Tebal Tangki dan tutup Tangki Untuk bahan konstruksi Carbon Steel, SA-135, Grade B (Brownell, 1959) Diketahui : f = 18750 psia E = 0,80 C = 0,15748 in

D-65

Untuk tebal Tangki silinder : ts =

(persamaan 3.16, Brownell 1959)

Keterangan : P : Internal pressure (lb/in2) d : Diameter Tangki (in) f : Maximum allowable working stress (psia) E: Efisiensi sambungan C : Faktor korosi (in) P=

(persamaan 3.17, Brownell 1959)

Keterangan : ρ : densitas bahan sehingga diperoleh persamaan : (persamaan 3.18, Brownell 1959) (

)

0,275 in Maka tebal Tangki standar yang digunakan adalah ⁄ in Karena tutup atas tangki dibuat dari bahan yang sama, sehingga tebal tutup tangki sama dengan tebal tangki. Alat Transportasi Pompa (L-101) Fungsi

: Memompakan LAB dari tangki penyimpanan ke sulfonator

Jenis

: Pompa Sentrifugal

Kondisi inlet :

Suhu

: 30oC

Tekanan : 1 atm Kondisi outlet:

Suhu

: 30oC

Tekanan : 1,1 atm

D-66

1). Menghitung Laju Alir Volumetrik Pompa Laju alir massa

= 818,14 kg/jam

𝝆

= 752,7 kg/m3 = 46,99 lb/ft3

Qv

=

Qv

=

Qv

= 1,087 m3/jam

Qv

= 38,38 ft3/jam

Qv

= 0,010662 ft3/s

2). Menentukan Diameter Pipa yang Digunakan Dimensi pipa yang digunakan: Bahan konstruksi = commercial steel Desain pompa: D opt = 3,9 x (Q)0,45 x (𝝆)0,13 = 0,8336 in

(Walas, p.100, eq. 6.32)

D-67

Dari Brownell & Young (1959), dipilih pipa standar dengan spesifikasi sebagai berikut: Nominal Diameter

= 1 in

Schedule Number

= 40

Inside Diameter (ID)

= 1,05 in

Outside Diameter (OD)

= 1,32 in

A

= ¼ πD2

A

= ¼ x 3.14 x (1,05)2

A

= 0,866 in2 = 0,00056 m2

3). Menentukan Kecepatan Linier Cairan v

=

=

= 1944,825 m/jam

= 1,772 ft/s

4). Menentukan Bilangan Reynold (Nre) Nre

=

𝝆

Diketahui : ρ

= 752,7 kg/m3

v

= 1,772 ft/s = 0,54 m/s

D

= 1,05 in = 0,027 m

µ

= 5,187 cP = 0,05187 kg/ms

Nre

=

𝝆

= = 19917,21 Nre >4000, maka aliran dalam pipa adalah aliran turbulen. Untuk pipa commercial steel, nilai equivalent roughness (ϵ) adalah 4,6x10-5. Dengan diameter nominal 1 in, maka relative roughness (ϵ/D) adalah 3,07x10-5. Nilai Nre dan ε/D diplotkan pada Figure 2.10-3 Geankoplis (1993,halaman 88),

untuk menentukan factor friksi.

Diperoleh faktor friksi (f) = 0,0047. Geankoplis (1993, p. 88, fig. 2.10-3)

D-68

(Sumber: Geankoplis, 1993) 5). Menghitung Friction Loss Elbow

= 0,75

Check valve

=2

Pipa lurus (f) = 0,015 = 32,2 lbmft/lbfs2 = 32,2 ft/s2

gc 

Sharp edge entrance (hc) = 0,55 (

Hc

)

= 0,55 x (1 - 0) x = 0.0268 ft.lbf/lbm 

Elbow 90o Elbow 90o = n Kf = 4 x 0,75 x = 0.146 ft.lbf/lbm

D-69



Check valve Check valve

= n Kf =2x2x = 0,195 ft.lbf/lbm



Pipa lurus Ff

= 4f = 5,015 ft.lbf/lbm



Sharp edge exit =(

Hex

)

= (1 – 0)2 x = 0.0488 ft.lbf/lbm =Hc + elbow 90o + check valve + Ff + hex

Total friction loss

= 0.0268 ft.lbf/lbm + 0.146 ft.lbf/lbm + 0,195 ft.lbf/lbm + 5,015 ft.lbf/lbm + 0.0488 ft.lbf/lbm = 5,432 ft.lbf/lbm 5). Menentukan Head Pompa Persamaan Bernoulli: (

𝝆

+

+

+ wo – hf = (

Kondisi titik 1 : P1

= 1 atm = 2047,07 lb/ft2

Z1

= 13 m = 42,64 ft

𝝆

+

+

(Brown, halaman 135)

D-70

Kondisi titik 2 : P2

= 1,1 atm = 2251,78 lb/ft2

Z2

= 18 m = 59,04 ft

V2=V1 = 1,772 ft/s g = 9,8 m/s2 = 32,174 ft/s2 gc = 32,2 lbmft/lbfs2 = 32,2 ft/s2 Berdasarkan kondisi di titik 1 dan 2, maka: 

Pressure Head =

𝝆

Diketahui : ∆P

= 2251,78 lb/ft2 – 2047,07 lb/ft2 = 204,707 lb/ft2



Velocity Head Velocity Head = = = 50,51 ft



Potential Head = =

= 3,28 ft Maka head pompa (wo)

= head P + head Z + head Z + total friction loss = 63,58 ft

D-71

6). Menghitung daya pompa (BHP) Efisiensi pompa 70% (Peter &Timmerhause,p.520,fig. 14.37) BHP =

𝝆

= = 45,505 lb.ft/s = 0,083 HP = 0,062 kW

Daya pompa hasil perhitungan adalah sebesar 0,083 HP, akan tetapi pada umumnya pompa yang disarankan dalam skala industri adalah minimal sebesar 1 HP. Dengan cara yang sama, diperoleh spesifikasi pompa lain sebagai berikut: Pompa

Daya Pompa (HP/kW)

Pompa bahan baku Oleum (L-102)

0,0952/0,071

Pompa produk asam sulfat 78%(L-103)

0,0531/0,0396

Pompa NaOH keluaran mixing tank (L-104)

0,0179/0,01336

Pompa NaOH keluaran storage tank (L-105)

0,0179/0,01336

Pompa air menuju mixing tank (L-106)

0,00118/0,000881

Pompa air keluaran kondensor (L-107)

0,00187/0,001396

Pompa LABSA keluaran sulfonator (L-108)

0,594/0,4433

Pompa LABSA keluaran dilution tank (L-109)

0,461/0,344

Pompa LABSA keluaran dekanter (L-110)

0,863/0,6441

Pompa LASNa keluaran netraliser (L-111)

0.819/0,611

D-72

Heat Exchanger Kondensor (E-101) Fungsi

: Mengkondensasi uap air yang berasal dari proses pengeringan di Spray dryer

Jenis

: Double Pipe Heat Exchanger

Q yang dibutuhkan

: 28.355 kJ/jam = 7876,4 W = 26875 Btu/jam Annulus

Pipe

Fluida

Air pendingin

Uap Air

Laju Alir (kg/jam)

1599,114

771.24

Tekanan (bar)

1 atm

1 atm

Suhu masukan (F)

91,4

212

Suhu keluaran (F)

109,4

104 1

Cp (kJ/kg.K)

4,1833*

2,105*2

ρ (kg/m3)

1,0156*1

747,532*2

µ (cP)

0,692*1

0,365*2

K (W/m.K)

0,6228*1

0,107*2

*1kondisi pada T rata-rata 1) Menentukan ∆TM Profil Temperatur T1 = 212 F

Pipe T2 =104 F

t2 = 109,4 F

Annulus

∆TLMTD

=

t1 = 91,4 F

(Coulson, 2005 Eq.12.4)

=

= 129,432

Faktor rasio (Coulson, 2005) R

=

S

=

= =

=6

(Coulson, 2005 Eq.12.6)

= 0,167

D-73

Ft ∆TM

= 0,86

(fig 12.22 coulson pg. 659)

= Ft x ∆TLMTD

(Coulson, 2005 Eq.12.5)

= 1 x 42,92

= 36,91

2) Menentukan Jenis Heat Exchanger o Hot Fluida T rata-rata hot fluida

: water = = = 158 oF

µ @ Trata-rata (cP)

= 0,4032 = 0,4032 < 0,5

µ @ Trata-rata (cP)  Light Organic o Cold Fluid T rata-rata cold fluida

= = = 100.4

µ @ Trata-rata (cP)

= 0,692

Berdasarkan tabel 8 Kern halaman 840

Maka, Ud trial

= 250-500 Btu/(hr.ft2.F)

Untuk menentukan jenis HE, dilakukan trial Ud untuk mendapatkan luas permukaan pindah panas (A) Trial Ud

= 250 Btu/(hr.ft2.F)

A

=

=

= 2,505 ft2

D-74

A < 200 ft2, maka dipilih jenis Double Pipe Heat Exchanger Menentukan Layout Heat Exchanger Dilakukan trial ukuran DPHE dengan dimensi seperti pada tabel Annulus

Inner Pipe

IPS, in

8,0000

0.5,0000

Sch No

40,0000

40,0000

OD, in ; ft

8,6250 ; 0,7188

0,8400 ; 0,07

ID, in ; ft

7,981 ; 0,665

0,622 ; 0,0518

a'', ft2

2,258

0,22

Sumber : Tabel 11 Kern pg. 844, 1965 3) Menghitung Temperatur Kalorik Cek viskositas pada terminal dingin untuk tiap fluida inner pipe

Annulus

T (F)

104

91,4

µ (Cp)

0,4032

0,692

Karena viskositas fluida pada terminal dingin < 1 cP, maka : Tc = Tavg tc = tavg o Tavg Tavg

= = = 158

tavg

= = = 100,4

D-75

o Rancangan Heat Exchanger Uc

=

Akan dicari nilai Uc dengan terlebih dahulu menghitung hio dan ho, dengan algoritma sebagai berikut : a. Annulus side o Fluida

= Air Pendingin

o ID annulus (D2)

= 7,981 in = 0,665 ft

o OD inner pipe (D1)

= 0,84 in = 0,07 ft

o aa

= = = 0,343 ft2

o De

=

= = 6,249 ft o ma

= 678,97 kg/jam = 678,97 kg/jam x ( = 1500,5 lb/jam

o Ga

= ma / aa = 1500,5 / 0,343 = 4369,744 lb/jam.ft2

o tave

= 100,4 F

o µ

= 0,692 Cp = 1,674 lb/jam.ft

o Re pada tave

= = 16.308,194

=

)

D-76

o jH

= 60

o cp

= 4,1833 kJ/kg K

(Figure 24 Kern pg.834)

= 0,9991 Btu/lb. F o k

= 0,623 W/m.K = 0,360 Btu/(jam ft F)

o µ

= 0,692 cp = 1,674 lb/jam.ft

o

= = = 1,669

o ho/Φa

= jH x = 60 x

x x

= 5,354 Btu/(jam.ft2 F) = 158,53 F = 70,295 oC = 343,445 K

o tw o μw

Viskositas air pada temperatur dinding (tw) μw

= 0,244 cp = 0,589 lb/jam.ft

o Φa

= = = 1,157

o ho

= ho/Φa x Φa = 5,354 x 1,157 = 6,198 Btu/(jam.ft2 F)

b. Pipe Side o Fluida

= Uap Air

o ID inner pipe (Dp)

= 0,622 in = 0,052 ft

D-77

o ap

= = = 0,002 ft2

o mp

= 771,24 kg/jam = 1700,28 lb/jam

o Gp

= mp/ap = 1700,28 /0,002 = 806.183/jam.ft2

o µ

= 2,48 cp = 5,9999 lb/jam.ft

o Re

= = = 6.964,69

o jH

= 28

o k

= 0,654 W/m.K = 0,378 Btu/(jam.ft.F)

o cp

= 4,172 kJ/kgK = 0,9965 Btu/lb.F

o

=(

)

= = 2,510 o hi/Φp

= jH x = 28 x

x x

= 512,638 Btu/(jam.ft.F)

D-78

o hio/Φp

= hi/Φp x (

)

= 512,638 x (

)

= 380,817 Btu/(jam.ft/F) o tw

= tavg + ((

) x (Tavg-tavg))

= 100,4+((

)x(158,5-100,4))

= 158,5 F = 70,295 oC = 343,445 K

tw o

= 0,244 cP = 0,589 lb/jam.ft

o Φp

= = = 1,384 = hio/Φp x Φp

o hio

= 379,596 x 1,384 = 525,322 Btu/(jam.ft.F) c. Clean Over all Coefficient (Uc) Uc

= = = 1050,644 Btu/(jam.ft. F)

4) Menghitung Design Over all Coefficient (Ud) Rd

= 0,001 hr.ft2.oF/btu =

+ Rd

=

+ 0,001

= 0,002 Ud

= 512,348 Btu/(jam.ft2. F)

D-79

5) Menghitung A yang dibutuhkan Areq

= = = 1,421 ft2

6) Menghitung Jumlah hairpin a”

= 2,258 ft2/ft

panjang yang dibutuhkan, Lreq

= = = 0,629 ft

Panjang hairpin yang tersedia

= 12, 15, 20 ft

Diambil Lh

= 12 ft

(Kern, 1965)

Panjang pipa yang dibutuhkan lebih kecil dari pipa terpendek yang tersedia, maka hairpin yang digunakan ialah pipa terkecil yang tersedia. L koreksi

= 12 ft linier

7) Menghitung luas pindah panas yang tersedia sebenarnya Aact

= Lkoreksi x a” = 12 x 0,22 = 2,64 ft2

8) Menghitung Ud aktual Udact

= = = 275,822 Btu/(jam.ft2. F)

Ud design

= 512,348 Btu/(jam.ft2. F)

Udact < Uddesign asumsi benar Setelah didapat nilai Uc dan Udact, maka dapat dihitung nilai Rd : Rd

= = = 0,0027

D-80

Rd min

= 0,001

Rd > Rdmin  desain telah memenuhi 9) Menghitung Pressure Drop 10) Annulus side o Fluida

= air pendingin

o De’

= (D2-D1)

(pers. 6.4, Kern)

= (0,665 – 0,07) = 0,595 ft o Re,a

= = 1552,985

o f

= 0,0035 +

(pers. 3.47b, Kern)

= 0,0035 + = 0,0156 o

= 1016 kg/m3 = 63,4039 lb/ft3

o

=

(pers. 6.14, Kern) (

=

)

= 0,000004895 ft o Va

= = = 0,0191 ft/s

o ΔF1

=1x( =1x(

) )

= 0,00000569 ft

D-81

o Pressure drop = = = 0,00000466 Psi Pressure drop yang diizinkan

10 psi

Pressure drop < 10 psi memenuhi 11) Pipe side o Fluida

= Uap Air

o Re

= 6964,69

o f

= 0,0035 + = 0,0035 + = 0,00992 = 985,37 kg/m3

o

= 61,51 lb/ft3 o ΔFp

= = = 1,2572 ft

o Pressure drop

= = = 0,53705 psi

Pressure drop yang diizinkan

10 psi

Pressure drop < 10 psi memenuhi

LAMPIRAN F

E-2

LAMPIRAN E. UTILITAS E.1. Perhitungan Kebutuhan Makeup Water Cooling Tower Jumlah air sirkulasi yang masuk ke dalam cooling tower (Wc) adalah sebanyak 35.991 kg/jam. Perhitungan kehilangan air disebabkan oleh penguapan (We) adalah sebanyak 2% dari total air yang masuk ke dalam cooling tower. We

= 0,00085 × Wc × (T1-T2)

(E.1)

Temperatur dalam ºF = 0,00085 × 35.991 kg/jam × 18 = 720 kg/jam Jumlah air yang hilang akibat drift loss diasumsikan sebesar 0,2% dari jumlah air yang masuk Cooling Tower (Perry, 1999), sehingga besarnya drift loss (Wd) adalah sebagai berikut: Wd

= 0,2% × Wc

(E.2)

= 0,002 × 35.991 kg/jam = 72 kg/jam Jumlah air yang dibuang atau blowdown (Wb) mengikuti persamaan 5.3. Wb

=

(E.3)

Banyaknya siklus biasanya antara 3-5, dengan asumsi banyaknya siklus = 5, maka: Wb

= = 180 kg/jam

Sehingga, jumlah air make up adalah sebagai berikut: Makeup Water = We + Wd + Wb = (720 + 72 + 180) = 972 kg/jam

(E.4)

LAMPIRAN F

F-1

LAMPIRAN F. PERHITUNGAN PENGOLAHAN LIMBAH 1. Pengolahan limbah cair Limbah cair berasal dari blowdown cooling tower dan domestik. Karakteristik limbah cair dapat dilihat pada tabel berikut: Satuan

Domestik

Kuantitas (g)

Blowdown Cooling Tower

Kuantitas (g)

Laju alir

l/10 jam

3000

3000

700

700

pH

-

TDS

g/l

0.5

1500

TSS

g/l

0.22

660

1.977

1383.9

552.405405

BOD

g/l

0.22

660

0.22

154

220

COD

g/l

0.5

1500

0.5

350

500

Parameter

7,93

Total nilai 3700 7,93

-

405.405405

Nitrogen:

0

Organic

g/l

0.015

45

-

12.1621622

NH3

g/l

0.025

75

Phospor:

g/l

Organic

g/l

0.003

9

Anorganik

g/l

0.005

15

Klorida

g/l

0.05

150

Minyak dan lemak

g/l

0.1

300

-

81.0810811

Alkalinitas

g/l

0.1

300

-

81.0810811

20.2702703 0 2.43243243

-

4.05405405 0.381

266.7

112.621622

Perhitungan Limbah Cair 1) Bak Ekualisasi Fungsi: sebagai bak pengumpul limbah domestik dan limbah blowdown cooling tower. Kondisi operasi:

effisiensi proses terhadap TSS

= 0%

Efisiensi proses terhadap BOD

= 0%

Efisiensi proses terhadap COD

= 0%

F-2

Rumus Perhitungan yang digunakan, yaitu:

a) Penentuan nilai TSS Nilai akhir

= 552,4 mg/l – (552,4 mg/l × 0%) = 552,4 mg/l – 0 mg/l = 552,4 mg/l

b) Penentuan nilai BOD Nilai akhir

= 220 mg/l – (220 mg/l × 0%) = 220 mg/l – 0 mg/l = 220 mg/l

c) Penentuan nilai COD Nilai akhir

= 500 mg/l – (500mg/l × 0%) = 500 mg/l – 0 mg/l = 500 mg/l

2) Bak pH dan Koagulasi Fungsi: meningkatkan pH limbah dengan melakukan penambahan bahan kimia yang berperan juga sebagai koagulan. Kondisi operasi:

effisiensi proses terhadap TSS

= 0%

Efisiensi proses terhadap BOD

= 0%

Efisiensi proses terhadap COD

= 0%

Rumus Perhitungan yang digunakan, yaitu:

a) Penentuan nilai TSS Nilai akhir

= 552,4 mg/l – (552,4 mg/l × 0%) = 552,4 mg/l – 0 mg/l = 552,4 mg/l

F-3

b) Penentuan nilai BOD Nilai akhir

= 220 mg/l – (220 mg/l × 0%) = 220 mg/l – 0 mg/l = 220 mg/l

Penentuan nilai COD Nilai akhir

= 500 mg/l – (500mg/l × 0%) = 500 mg/l – 0 mg/l = 500 mg/l

3) Bak Flokulasi Fungsi: pengikatan Total Suspended Solid (TSS) dan zat lainnya Kondisi operasi:

effisiensi proses terhadap TSS

= 0%

Efisiensi proses terhadap BOD

= 0%

Efisiensi proses terhadap COD

= 0%

Rumus Perhitungan yang digunakan, yaitu:

a) Penentuan nilai TSS Nilai akhir

= 552,4 mg/l – (552,4 mg/l × 0%) = 552,4 mg/l – 0 mg/l = 552,4 mg/l

b) Penentuan nilai BOD Nilai akhir

= 220 mg/l – (220 mg/l × 0%) = 220 mg/l – 0 mg/l = 220 mg /l

c) Penentuan nilai COD Nilai akhir

= 500 mg/l – (500mg/l × 0%) = 500 mg/l – 0 mg/l = 500 mg/l

F-4

4) Bak Primary Clarifier Fungsi: mengendapkan dan memisahkan enadapan sehingga diperoleh limbah cair dengan kandungan TSS yang rendah. Kondisi operasi:

effisiensi proses terhadap TSS

= 90%

Efisiensi proses terhadap BOD

= 5%

Efisiensi proses terhadap COD

= 5%

Rumus Perhitungan yang digunakan, yaitu:

a) Penentuan nilai TSS Nilai akhir

= 552,4 mg/l – (552,4 mg/l × 90%) = 552,4 mg/l – 497 mg/l = 55,2 mg/l

b) Penentuan nilai BOD Nilai akhir

= 220 mg/l – (220 mg/l × 5%) = 220 mg/l – 11 mg/l = 209 mg/l

c) Penentuan nilai COD Nilai akhir

= 500 mg/l – (500 mg/l × 5%) = 500 mg/l – 25 mg/l = 475 mg/l

5) Bak Cooling Tower Fungsi: menurunkan suhu limbah cair hingga mencapai suhu optimum untuk proses biologi. Kondisi operasi:

effisiensi proses terhadap TSS

= 0%

Efisiensi proses terhadap BOD

= 0%

Efisiensi proses terhadap COD

= 0%

F-5

Rumus Perhitungan yang digunakan, yaitu:

a) Penentuan nilai TSS Nilai akhir

= 55,2 mg/l – (55,2 mg/l × 0%) = 55,2 mg/l – 0 mg/l = 55,2 mg/l

b) Penentuan nilai BOD Nilai akhir

= 209 mg/l – (209 mg/l × 0%) = 209 mg/l – 0 mg/l = 209 mg/l

c) Penentuan nilai COD Nilai akhir

= 475 mg/l – (475 mg/l × 0%) = 475 mg/l – 0 mg/l = 475 mg/l

6) Bak Contact Tank Fungsi: sebagai tempat penambahan urea dan TSP sebagai nutrisi untuk pertumbuhan mikrobiologi. Kondisi operasi:

effisiensi proses terhadap TSS

= 0%

Efisiensi proses terhadap BOD

= 0%

Efisiensi proses terhadap COD

= 0%

Rumus Perhitungan yang digunakan, yaitu:

a) Penentuan nilai TSS Nilai akhir

= 55,2 mg/l – (55,2 mg/l × 0%) = 55,2 mg/l – 0 mg/l = 55,2 mg /l

F-6

b) Penentuan nilai BOD Nilai akhir

= 209 mg/l – (209 mg/l × 0%) = 209 mg/l – 0 mg/l = 209 mg/l

c) Penentuan nilai COD Nilai akhir

= 475 mg/l – (475 mg/l × 0%) = 475 mg/l – 0 mg/l = 475 mg/l

7) Bak Mixing Tank Fungsi: untuk menghomogenkan limbah cair setelah ditambahkan nutrisi. Kondisi operasi:

effisiensi proses terhadap TSS

= x%

Efisiensi proses terhadap BOD

= x%

Efisiensi proses terhadap COD

= x%

Rumus Perhitungan yang digunakan, yaitu:

a) Penentuan nilai TSS Nilai akhir

= 55,2 mg/l – (55,2 mg/l × 0%) = 55,2 mg/l – 0 mg/l = 55,2 mg/l

b) Penentuan nilai BOD Nilai akhir

= 209 mg/l – (209 mg/l × 0%) = 209 mg/l – 0 mg/l = 209 mg/l

c) Penentuan nilai COD Nilai akhir

= 475 mg/l – (475 mg/l × 0%) = 475 mg/l – 0 mg/l = 475 mg/l

F-7

8) Bak Aeration Tank Fungsi: sebagai tempat degradasi limbah oleh mikroorganisme aerob dan dilengkapi penambahan oksigen. Kondisi operasi:

effisiensi proses terhadap TSS

= 0%

Efisiensi proses terhadap BOD

= 85%

Efisiensi proses terhadap COD

= 85%

Rumus Perhitungan yang digunakan, yaitu:

a) Penentuan nilai TSS Nilai akhir

= 55,2 mg/l – (55,2 mg/l × 0%) = 55,2 mg/l – 0 mg/l = 55,2 mg/l

b) Penentuan nilai BOD Nilai akhir

= 209 mg/l – (209 mg/l × 85%) = 209 mg/l – 177,6 mg/l = 31,4 mg/l

c) Penentuan nilai COD Nilai akhir

= 475 mg/l – (475 mg/l × 85%) = 475 mg/l – 403,8 mg/l = 71,2 mg/l

9) Bak Secondary Clarifier Fungsi: mengendapkan flok yang terbentuk sehingga diperoleh cairan yang sudah memenuhi baku mutu. Kondisi operasi:

effisiensi proses terhadap TSS

= 90%

Efisiensi proses terhadap BOD

= 5%

Efisiensi proses terhadap COD

= 5%

F-8

Rumus Perhitungan yang digunakan, yaitu:

a) Penentuan nilai TSS Nilai akhir

= 55,2 mg/l – (55,2 mg/l × 90%) = 55,2 mg/l – 49,7 mg/l = 5,5 mg/l

b) Penentuan nilai BOD Nilai akhir

= 31,4 mg/l – (31,4 mg/l × 5%) = 31,4 mg/l – 1,6 mg/l = 29,8 mg/l

c) Penentuan nilai COD Nilai akhir

= 71,2 mg/l – (71,2 mg/l × 5%) = 71,2 mg/l – 3,6 mg/l = 67,6 mg/l

2. Profil Perusahaan Berikut merupakan profil perusahaan yang berperan sebagai pihak ketiga atau penerima limbah cair dan padat yang dihasilkan oleh pabrik. Pabrik tersebut adalah PT. South Pasific Viscose, PT. Wastec International, dan PT. Indonesian Acid Industry LTD.

No. Keterangan

Detail

Perusahaan 1.

Nama

PT. South Pasific Viscose

Alamat

Desa Cicadas, Cicadas, Purwakarta, Purwakarta Regency, Jawa Barat 41101

Produk

Textile fibers. Nonwoven fibers, sodium sulphate

Bertindak sebagai

Penerima Padatan kering dari unit pengolahan limbah padat

F-9

2.

3.

Nama

PT. Wastec International

Alamat

Warnasari, Citangkil, Cilegon City, Banten 42443

Produk

Jasa Pengolahan Limbah

Bertindak sebagai

Penerima limbah cair berupa pelumas bekas

Nama

PT. Indonesia Acid Industry LTD.

Alamat

Jl. Raya Bekasi Km 21, Pulo Gadung, RW.3, Rw. Terate, Cakung, Kota Jakarta Timur, Daerah Khusus Ibukota Jakarta 13920

Produk

Oleum dan Aluminium sulfat

Bertindak sebagai

Penerima produk samping berupa asam sulfat 78%

LAMPIRAN G

G-1

LAMPIRAN G. ANALISIS KELAYAKAN EKONOMI Menghitung Purchased Equipment Cost Harga Tahun 2020

No

Alat

Jumlah

1 2 3 4 5 6 7 8

LAB Storage Oleum Storage Tangki naoh 20% Sulfuric Acid Storage Sulfonator Neutralizer Pelarutan H2SO4 Mixing NaOH

1 1 1 1 1 1 1 1

$ $ $ $ $ $ $ $

68.881,17 167.282,83 150.554,55 291.706,27 90.703,51 92.103,00 97.604,65 10.268,63

9

Dekanter

1

$

8.746,81

10 11 12 13

Furnace Belt Conveyor Spray Dryer Hopper

1 1 1 1

$ $ $ $

403.993,51 13.471,09 155.106,09 17.165,62

14

Kondensor

1

$

2.305,16

15

Pompa

5

$

2.552,42

FOB PEC (1,5FOB)

Total harga (USD) $ $ $ $ $ $ $ $

$ $ $ $

$ $

68.881,17 167.282,83 150.554,55 291.706,27 90.703,51 92.103,00 97.604,65 10.268,63 $ 8.746,81 403.993,51 13.471,09 155.106,09 17.165,62 $ 2.305,16 12.762,09 1.567.587,74

Rp 20.983.729.487,76 $ 1.645.967,13 Rp 22.032.915.962,15

G-2

Menghitung Fixed Capital Investment Komponen

Harga Direct Cost (D)

PEC Piping, (35% PEC) Electrical, (15% PEC) Instrumentation, (25% PEC) Utilities, (50% PEC) Foundations, (10% PEC) Insulation, (5% PEC) Painting, fireproofing, (5% PEC) Yard Improvements, (10% PEC) Environmental, (20% PEC) Buildings, (60% PEC) Land, (5% PEC) total direct plant cost (D) Indirect Plant Cost (I) engineering and supervision, (50%PEC) construction expenses, (15% PEC) total indirect cost (I) Total direct and indirect plant cost (D+I) Contractors fee, (10% D+I) contingency (15% D+I) Fixed Capital Investments (FCI) Working capital investments, (15% FCI) Total Capital Investments

100% 35% 15% 25% 50% 10% 5% 5% 10% 20% 60% 5%

$ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $

1.643.143,86 575.100,35 246.471,58 410.785,96 821.571,93 164.314,39 82.157,19 82.157,19 164.314,39 328.628,77 985.886,31 82.157,19 5.586.689,11

Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp

22.023.057.099 7.708.069.985 3.303.458.565 5.505.764.275 11.011.528.550 2.202.305.710 1.101.152.855 1.101.152.855 2.202.305.710 4.404.611.420 13.213.834.259 1.101.152.855 74.878.394.137

20% 15%

$ $ $ $ $ $ $ $ $

328.628,77 246.471,58 575.100,35 6.161.789,46 616.178,95 924.268,42 7.702.236,82 1.155.335,52 8.857.572,35

Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp

4.404.611.420 3.303.458.565 7.708.069.985 82.586.464.121 8.258.646.412 12.387.969.618 103.233.080.152 15.484.962.023 118.718.042.174

10% 15%