appendix rancangan
TRANSCRIPT
-
LAMPIRAN A
PERHITUNGAN NERACA MASSA
Pra-Rancangan Pabrik Pembuatan Asam Benzoat dari Toluena dengan proses
oksidasi menggunakan mangan asetat sebagai katalisator dilaksanakan untuk
kapasitas produksi sebesar 6.000 ton/tahun, dengan ketentuan sebagai berikut:
1 tahun operasi = 330 hari kerja
1 hari kerja = 24 jam
Basis = 1 jam operasi
Kemurnian = 99,9%
Maka kapasitas asam benzoat dalam bentuk kristal adalah:
=6.000 ton 1.000 kg 1 tahun 1 harix x x1 tahun 1 ton 330 hari 24 jam
= 757,576 Kg/Jam
Bahan Baku dan Berat Molekul Bahan Baku yang digunakan antara lain
(Kirk, Othmer 1989) :
Toluena (C7H8) = 92,14 gr / mol Oksigen (O2) = 32 gr / mol Mangan Asetat MnCH3COO.4H2O = 249,09 gr / mol Asam Benzoat (C6H5-COOH) = 122,12 gr / mol
Misal : N = Laju alir mol (kmol/jam)
F = Laju alir massa (kg/jam)
x = fraksi mol cair
y = fraksi mol uap
P = Tekanan (kPa)
T = Temperatur (K)
Vd = vapour destilat
Vb = vapor reboiler
LA-1
Ld = liquid destilat
Universitas Sumatera Utara
-
Lb = liquid reboiler
AsBen = Asam Benzoat
MnAs = Mangan Asetat
Benz = Benzaldehide
BenAl = Benzil Alkohol
Oks = Oksigen
Tol = Toluena
Perhitungan Neraca Massa dengan Cara Perhitungan Alur Mundur.
LA.1. Drum Dryer (DE-201) Fungsi : mengurangi kandungan air dengan cara diuapkan dalam produk sehingga
didapatkan produk asam benzoat dalam fasa padat yang murni.
H2O (g)
AsBenz (s)
H2O (l)
Drum Dryer ( DE-201 )
(34) (37)
(34a)
AsBenz (s)
H2O (l)
Diinginkan produk yang keluar dari drum drier dengan komposisi:
Neraca Massa Total F37 = 757,576 kg/jam
Dengan Komposisi : Asam Benzoat :
37AsBenF 756,818 kg/jam=
37AsBenN 6,197 kmol/jam=
Air :
37AirF 0,758 kg/jam=
2
37H ON 0,042 kmol/jam=
Sehingga, kemurnian asam benzoat yang dihasilkan adalah 99,9%.
Neraca Massa Total : Neraca Masuk = Neraca Keluar
F34 = F34a + F37
Neraca Massa Komponen
Produk terdiri dari : 99,9 % Asam Benzoat dalam keadaan kristal dan 0,1%
berupa air.
Universitas Sumatera Utara
-
Digunakan drum drier (DE-201) dengan efisiensi alat = 70%
Neraca Massa Air
2 2
37 34H O H OF (1-0,7) x F=
0,758 = 0,3 x 2
34H OF
2
34H OF 2,525 kg jam=
2
34H ON 0,140 kmol jam=
Sehingga, air yang teruapkan akibat proses pengeringan sebesar :
2
34aH OF = 2,525 - 0,758 = 1,768kg jam
2
34aH ON = 0,098 kmol jam
Neraca Massa Asam Benzoat
Diasumsikan bahwa tidak ada asam benzoat dalam bentuk padat yang ikut menguap
bersama dengan air pada alat drum dryer (DE-201) sehingga:
34 37AsBen AsBenF = F = 756,818 kg/jam
34AsBenN = 6,197 kmol jam
Tabel LA.1 Neraca massa pada drum dryer (DE-201)
KOMPONEN BM
Alur Masuk Alur Keluar
Alur 34 Alur 34a Alur 37
N F N F N F
AsBen 122,120 6,197 756,818 - - 6,197 756,818
H2O 18,010 0,140 2,525 0,098 1,768 0,042 0,758
Total 6,338 759,343 0,098 1,768 6,239 757,576
6,338 759,343 6,338 759,343
Universitas Sumatera Utara
-
LA.2. Crystallizer (CR-201) Fungsi : Membentuk kristal kristal asam benzoat dari larutan induk (mother liquor)
asam benzoat yang telah dimurnikan melalui proses pendinginan.
SAsBen (aq)H2O (l)
CF
AsBen (aq)H2O (l)
crystallizer
(CR-201)
(26a)
AsBen (aq)H2O (l)
(28) (34)
Neraca massa total : (Geankoplis, 2003) F = S + C + W
Asumsi bahwa tidak ada asam benzoat dan air yang hilang sehingga W = 0
Dengan F : Feed (kg/jam) ; S : Mother Liquor (kg/jam) ; C : Kristal yang terbentuk
(kg/jam).
Digunakan operasi pada crystallizer (CR-201) dengan suhu operasi yaitu:
28oC, dimana kelarutan asam benzoat pada suhu tersebut adalah 0,38 kg/100 kg air.
(Kirk Othmer, 1998).
Neraca massa komponen
Alur 28
0,89 F = 756,818 kg/jam.
F = 852,425 kg/jam.
Sehingga S = F C = 852,425 kg/jam - 756,818 kg/jam = 93,539 kg/jam.
Asumsi bahwa komposisi air yang terdapat pada mother liquor (S) adalah sebesar
90% dari total komposisi pada mother liquor (S) tersebut. Sehingga:
26a -1 -1air93,539F = kg.jam = 935,39 kg.jam(1-0,9)
Mother liquor yang tidak membentuk asam benzoat dalam bentuk kristal
dengan sejumlah air yang ikut dalam campuran, kemudian dialirkan ke dalam mixer
(M-102) untuk dilakukan homogenasi dengan asam benzoat.
Universitas Sumatera Utara
-
LA-5
Komposisi Mother Liquor :
F26aair =935,39 kg/jam. 26aAsBenF = 93,539 kg/jam
Feed yang masuk ke dalam crystallizer (CR-201) : 28 26 34AsBen AsBen AsBenF = F + F
28AsBenF = 93,539 kg/jam + 756,818 kg/jam = 850,358 kg/jam
28AirF = 937,919 kg/jam
Tabel LA.2 Neraca Massa Crystallizer (CR-201)
KOMPONEN BM
Alur Masuk Alur Keluar
Alur 28 Alur 26a Alur 34
N F N F N F
Asam Benzoat 122,120 6,963 850,358 0,766 93,539 6,197 756,818
Air (H2O) 18,010 52,078 937,919 51,937 935,393 0,140 2,525
Total 59,041 1.788,276 52,703 1.028,933 6,338 759,343
59,041 1.788,276 59,041 1.788,276
Universitas Sumatera Utara
-
LA.3. Mixer (M-102) Fungsi : Menghomogenkan antara air dan asam benzoat untuk kemudian dapat
dilakukan kristalisasi sebelum masuk ke dalam kristaliser (CR-201).
Mixer
(M-102)
Diketahui:
Neraca Massa Keluar (Alur 28)
28AsBenF = 850,358 kg/jam
28AirF = 937,919 kg/jam
F28 = 1788,276 kg/jam.
Pada alur 25 keluaran kolom destilasi diketahui:
25AsBenF = 850,358 kg/jam
25AirF = 2,067 kg/jam
Sehingga, air yang dibutuhkan untuk pelarutan asam benzoat adalah:
26AirF = 937,919 kg/jam - 2,067 kg/jam
= 935,851 kg/jam.
Tabel LA.3 Neraca Massa Mixer II (M-201)
Komponen BM
ALUR MASUK ALUR KELUAR
Alur 25 Alur 26 Alur 28
%WT N F %WT N F %WT N F
AsBen 122,120 0,998 6,963 850,358 - - - 0,476 6,963 850,358
H2O 18,010 0,002 0,115 2,067 1,000 51,963 935,851 0,524 52,078 937,919
Total 1,000 7,078 852,425 1,000 51,963 935,851 1,000 59,041 1788,276
59,041 1788,276 59,041 1788,276
Universitas Sumatera Utara
-
LA.4. Kolom Destilasi I (T-201)
J-206
24
D-201
J-203 J-205
V-201 LC
RB-201
21 25
22
23F
Vd, Xd
Ld, Xd
Lb, Xb
J-204
27
B, Xb
D, Xd
19
20E-203
Vb, Xb
==
Fungsi: Memisahkan produk asam benzoat dari campuran by-product yang masih
kotor mengandung by-product sehingga didapatkan asam benzoat yang
benar benar murni.
Data komposisi bottom adalah sebagai berikut:
AsBen : 850,358 kg/jam 25 28AsBen AsBenF F= 6,963 kmol/jam 25 28AsBen AsBenN =N
Air: 2,067 kg/jam 2 2
25 28H O H OF = F =
0,114 kmol/jam
2 2
25 28H O H ON = N =
Total : 7,078 kmol/jam 25N =
852,425 kg/jam 25F =
Dari data diatas didapatkan perhitungan untuk menentukan nilai Z.
Maka : Z25AsBen = 850,357852,425
= 0,997
Z25H2O = 2,067
852,424 = 0,0024
Universitas Sumatera Utara
-
Data Freepatentsonline, 1964 25
19
N 2=N 3
X19As = 0,656 Ben
X19Ben = 0,2197 Al
X19Be = 0,1095 nz
X = 0,0148 2
19H O
Tabel LA. 4 Derajat Kebebasan Kolom Destilasi T-201
Keterangan
Jumlah variabel
Jumlah neraca TTSL
Spesifikasi:
Komposisi
Laju alir
Hubungan pembantu:
Rasio laju alir
10
5
4
0
-
1
N19AsBen , N19Benz , N19BenAl,
N19H2O, N27AsBen, N27Benz,
N27BenAl, N27H2O, N25AsBen,
N25H2O, AsBen, BenAl, Benz, H2O
N25/ N19
Jumlah 0
25
19
N 2=N 3
Neraca Massa Total : Alur Masuk = Alur Keluar
N19 = N27 + N25
Diketahui : N25 = 7,078 kmol /jam
Maka Persamaan diatas menjadi:
N19 = N27 + 6,402
N19 N27 = 7,078 Kmol / Jam
Universitas Sumatera Utara
-
N19 = 25 2N /3
N19 = 10,617 kmol /jam
N27 = 10,617 7,078
N27 = 3,582 kmol/jam
Feed terdiri dari:
Asam Benzoat: 65,6% ; Benzil Alkohol 21,97% ; Benzaldehide: 10,95% ; Air:
1,48%
XF = 65,6/122,12
65,6/122,12 21,97/108,12 + 10,95/106,12+1,48/18,01+ =58,026 % = 0,58026
Bottom terdiri dari:
Asam Benzoat: 98,378% ; Air:1,622%
XW = 98,378/122,12
98,378/122,12+1,622/18,01=89,95 % = 0,8995
Destilat terdiri dari:
Asam Benzoat: 0,043%; Benzil Alkohol: 65,91% ; Benzaldehide: 32,85%; Air:
1,196%
XD =0,043/122,12
0,043/122,12 65,91/108,12 + 32,85/106,12+1,196/18,01+ =0,03597%= 0,00036
Neraca Massa Total:
F = D + W
D = F - W
F.XF = D.XD + W.XW
F (0,58026) = (F 7,078).(0,00036) + 7,078 x (0,8995)
F = 10,974 kmol/jam
D = F-W = 10,974 7,078
D = 3,896 kmol/jam.
W= 7,078 kmol/jam.
Universitas Sumatera Utara
-
LA-10
Alur 19 (Feed = F)
Total : N19 = 10,617 kmol/jam
Asam Benzoat : X 19 N19 = 0,656 x 10,617 = 6,965 kmol/jam AsBen
Benzil Alkohol: X19Ben N19 = 0,2197 x 10,617 = 2,333 kmol/jam Al
Benzaldehide : X19 N19 = 0,1095 x 10,617 = 1,163 kmol/jam Benz
H2O : X N19 = 0,0148 x 10,617 = 0,157 kmol/jam 2
19H O
Alur 25 (Bottom = B)
Total : N25 = 7,078 kmol/jam
Asam Benzoat : X N25 = 0,984 x 7,078 = 6,963 kmol/jam 25AsBen
Benzil Alkohol: X N25 = 0 x 7,078 = 0 kmol/jam 25BenAl
Benzaldehide : X N25 = 0 x 7,078 = 0 kmol/jam 25Benz
H2O : X N25 = 0,0162 x 7,078 = 0,115 kmol/jam 2
25H O
Alur 27 (Destilat = D)
Total : N27 = N19 N25 = 3,539 kmol/jam
Asam Benzoat : N = N19 - N 25As = 6,965 - 6,963 = 0,0015 kmol/jam 27AsBen AsBen Ben
X 27As = Ben27AsBen
27
NN
= 0,00153,539
= 0,00043
Benzil Alkohol: N = N19 - N = 2,333 0 = 2,333 kmol/jam 27AsBen BenAl25BenAl
X 27Ben = Al27BenAl
27
NN
= 2,3333,539
= 0,65910
Benzaldehide : N = N19 - N = 10,103 0 = 10,103 kmol/jam 27AsBen Benz25Benz
X 27Be = nz27Benz
27
NN
= 1,1623,539
= 0,3285
H2O : N 27As = N - N = 0,157 0,114 = 0,0423 kmol/jam Ben 219H O 2
25H O
X = 2
27H O
2
27H O27
NN
= 0,0423,539
= 0,012
Universitas Sumatera Utara
-
Tabel LA.5 Neraca Massa Kolom Destilasi I (T-201)
Komponen BM
ALUR MASUK ALUR KELUAR
Alur 19 Alur 27 Alur 25
N
(kmol/jam)
F
(kg/jam)
N
(kmol/jam)
F
(kg/jam)
N
(kmol/jam)
F
(kg/jam)
Asam Benzoat 122,120 6,965 850,544 0,0015 0,1871 6,963 850,3575
Benzil Alkohol 108,120 2,333 252,199 2,333 252,198 - -
Benzaldehide 106,120 1,163 123,372 1,163 123,372 - -
H2O 18,010 0,157 2,830 0,0423 0,7627 0,115 2,067
Total 10,617 1.228,946 3,539 376,521 7,078 852,425
10,617 1.228,946 10,617 1.228,946
Universitas Sumatera Utara
-
LA.4.1 Kondensor I (E-203)
J-206
24
D-201
J-203 J-205
V-201 LC
RB-201
21 25
22
J-204
2723F
B, Xb
D, Xd
Vd, Xd
Ld, Xd
Lb, Xb
19
E-203
Vb, Xb
20
Tekanan uap komponen, dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan Antoine :
ln P = A - ( )CTB+ (Reklaitis, 1983)
Keterangan :
P = tekanan (mmHg)
A,B,C = konstanta Antoine
T = temperatur (K)
Tabel LA.6 Konstanta Antoine Komponen
Komponen A B C
Toluena 16,0137 3.096,52 -53,67 Asam Benzoat 17,1634 4.190,70 -125,20 Benzil Alkohol 17,4582 4.384,81 -73,15 Benzaldehide 16,3501 3.748,62 -66,12 H2O 18,3036 3.816,44 -46,13
(Coulson & Richardson , 1990)
Universitas Sumatera Utara
-
Menentukan kondisi umpan
Untuk mengetahui suhu pada destilat, maka perlu perhitungan suhu umpan masuk
sampai syarat Ki,Xi = 1 terpenuhi.
P = 2,5 Psia = 17,236 kPa (Freepatentsonline.com)
Trial : T = 421,594 K
Tabel LA.7 Titik Didih Umpan Masuk Destilasi
Komponen XiF Pi
(mmHg)
Pi
(KPa) Ki XiF Ki
if =
Ki/Khk
Asam Benzoat 0,6560 20,5827 2,7441 0,1592 0,1044 1,0000
Benzil Alkohol 0,2197 130,8729 17,4480 1,0122 0,2224 6,3584
Benzaldehide 0,1095 331,8514 44,2424 2,5667 0,2811 16,1229
H2O 0,0148 3425,5032 456,6881 26,4949 0,3921 166,4265
Total 1,0000 3908,8102 521,1226 30,2330 1,0000
Maka, suhu umpan (F) adalah 421,594 K = 148,444 oC
Menentukan kondisi operasi atas (kondensor total)
Untuk mengetahui suhu pada destilat, maka perlu perhitungan trial dew point sampai
syarat yid/Ki = 1 terpenuhi.
P = 2,5Psia = 17,236 kPa
Trial : T = 414,739 K
Tabel LA.8 Dew Point Destilat
Komponen YiD Pi
(mmHg)
Pi
(KPa) Ki YiD/Ki
iD =
Ki/Khk
Asam Benzoat 0,0004 14,7273 1,9634 0,1139 0,0038 1,0000
Benzil Alkohol 0,6591 101,6659 13,5541 0,7863 0,8382 6,9032
Benzaldehide 0,3285 269,7053 35,9571 2,0861 0,1575 18,3133
H2O 0,0120 2835,4991 378,0287 21,9314 0,0005 192,5337
Total 1,0000 3221,5976 429,5034 1,0000
Maka, suhu destilat (D) adalah 414,739 K = 141,589 oC
Universitas Sumatera Utara
-
Menentukan kondisi operasi bottom (reboiler)
Untuk mengetahui suhu pada Vb, maka perlu perhitungan trial bubble point sampai
syarat xi.Ki = 1 terpenuhi.
P = 2,5 Psia = 17,236 kPa
Trial : T = 438,367 K
Tabel LA.9 Boiling Point Produk Bawah
Komponen XiB Pi
(mmHg)
Pi
(KPa) Ki Ki.XiB
iB=
Ki/Khk
Asam Benzoat 0,984 43,8915 5,8660 0,3403 0,3348 1
H2O 0,016 5290,4908 707,0667 41,0206 0,6652 1,9868
Total 1,000 5334,3824 712,9327 1,0000
Maka suhu pada bottom (B) adalah 438,367 K = 165,217oC
Refluks Minimum Destilat
Umpan dimasukkan dengan fraksi uap (f)= 0,1023 sehingga
q = 1- f
q = 0,898
= .xq1 i iFi sehingga i iFi .x 0,898
= Untuk mengetahui suhu pada Vb, maka perlu perhitungan trial omega sampai syarat
i iF
i
.x 0,898
= terpenuhi. Trial : = 1,092
Tabel LA.10 Omega Point Destilasi
Komponen XiF iF .xi iFi Asam Benzoat 0,6560 1,0000 0,5607
Benzil Alkohol 0,2197 6,3584 0,2140
Benzaldehide 0,1095 16,1229 0,1084
H2O 0,0148 166,4265 0,0148
Total 1,0000 0,8978
Universitas Sumatera Utara
-
Tabel LA.11 .xi iDi Komponen Yid iD .xi iDi
Asam Benzoat 0,0004 1,0000 -0,0047
Benzil Alkohol 0,6591 6,9032 0,7830
Benzaldehide 0,3285 18,3133 0,3493
H2O 0,0120 192,5337 0,0120
Total 1,0000 218,7502 1,1396
i DiDm
i
Dm
Dm
.xR 1
R 1 1,1396R 0,11396
+ = + =
=
RD = 1,5 RDm (Geankoplis, 2003)
RD = 1,5 x 0,11396
RD = 0,214073227
Jika : Rd = =DLd 0,214073227
Ld=0,21407 x 3,896= 0,817 kmol/jam
Vd = Ld + D
Vd = 0,816 + 3,896 = 4,712 Kmol/jam
Komposisi :
Alur 27 (D)
Asam Benzoat : X = X = X = 0,00043 27AsBenVdAsBen
LdAsBen
Benzil Alkohol: X = X = X = 0,6591 27BenAlVdBenAl
LdBenAl
Benzaldehide : X = X = X = 0,3285 27BenzVdBenz
LdBenz
H2O : X = X = X 2
27H O 2
VdH O 2
LdH O = 0,0119
Universitas Sumatera Utara
-
LA-16
Alur 20 (Vd)
Total : N20 = N23 + N27 = 4,712 kmol/jam
Asam Benzoat : X N20 = 0,00043 x 4,712 = 0,002 kmol/jam 20AsBen
Benzil Alkohol: X N20 = 0,65910 x 4,712 = 3,106 kmol/jam 20BenAl
Benzaldehide : X N20 = 0,3285 x 4,712 = 1,548 kmol/jam 20Benz
H2O : X N15 = 0,0119 x 4,712 = 0,056 kmol/jam. 2
20H O
Alur 23 (Ld)
Total : N23 = 1,1728 kmol/jam
Asam Benzoat : X N23 = 0,0004 x 1,1728 = 0,0005 kmol/jam 23AsBen
Benzil Alkohol: X N23 = 0,6591 x 1,1728 = 0,7730 kmol/jam 23BenAl
Benzaldehide : X N23 = 0,3285 x 1,1728 = 0,3853 kmol/jam 23Benz
H2O : X N23 = 0,0120 x 1,1728 = 0,0140 kmol/jam. 2
23H O
Universitas Sumatera Utara
-
Tabel LA.12 Neraca Massa Kondensor I (E-203)
Komponen BM
Alur Masuk Alur Keluar
Alur 20 (Vd) Alur 23 (Ld) Alur 27 (D)
N
(kmol/jam)
F
(kg/jam)
N
(kmol/jam)
F
(kg/jam)
N
(kmol/jam)
F
(kg/jam)
AsBen 122,120 0,0020 0,2492 0,0005 0,0620 0,0015 0,1872
BenAl 108,120 3,1056 335,7746 0,7730 83,5760 2,3326 252,1986
Benz 106,120 1,5478 164,2567 0,3853 40,8843 1,1626 123,3724
H2O 18,010 0,0564 1,0155 0,0140 0,2528 0,0424 0,7627
Total 4,7118 501,2960 1,1728 124,7751 3,5390 376,5208
4,7118 501,2960 4,7118 501,2960
Universitas Sumatera Utara
-
LA.4.2 REBOILER I (RB 201)
J-206
24
D-201
J-203 J-205
V-201 LC
RB-201
21 25
22
J-204
2723F
B, Xb
D, Xd
Vd, Xd
Ld, Xd
Lb, Xb
19
E-203
Vb, Xb
20
Karena umpan merupakan sebagian uap sebagian cair maka:
Vd = Vb + (1-q) F (McCabe,1997)
4,713 = Vb + (1 - 0,898) x 10,974
Vb = 3,590 kmol/jam
Lb = Vb + W
Lb = 3,590 + 6,402 1
Lb = 10,66831 kmol/jam
Komposisi :
Air : X = X = X = 0,0162 2
25H O 2
VbH O 2
LbH O
Asam Benzoat : X = X = X = 0,983 25AsBen 2VbH O 2
LbH O
Alur 21 (Lb)
Total : N21 = 10,66831 kmol/jam
Air : X N21 = 0,0162 x 10,66831 = 0,1730 kmol/jam 2
21H O
Asam Benzoat : X N21 = 0,983 x 10,66831 = 10,4953 kmol/jam 2
21H O
Universitas Sumatera Utara
-
LA-19
Alur 24 (Vb)
Total : N24 = 3,5902 kmol/jam
Air : X N24 = 0,0162 x 10,66831 = 0,0582 kmol/jam 2
24H O
Asam Benzoat : X N24 = 0,983 x 10,66831 = 3,5320 kmol/jam 24AsBen
Tabel LA.13 Neraca Massa Reboiler I (RB-201)
Komponen BM
(kg/kmol)
Alur Masuk Alur Keluar
Alur 21 (Lb) Alur 24 (Vb) Alur 25 (W)
N
(kmol/jam)
F
(kg/jam)
N
(kmol/jam)
F
(kg/jam)
N
(kmol/jam)
F
(kg/jam)
Toluena 92,140 - - - - - -
Asam Benzoat 122,120 10,4953 1.281,687 3,5320 431,329 6,963 850,357
Benzil Alkohol 108,120 - - - - - -
Benzaldehide 106,120 - - - - - -
H2O 18,010 0,1730 3,1158 0,0582 1,0486 0,115 2,0672
Total 10,668 1.284,803 3,5902 432,378 6,402 852,424
10,668 1.284,803 10,668 1.284,803
Universitas Sumatera Utara
-
LA.5. Kolom Destilasi II (T-202)
J-211
35
D-201
J-208 J-210
V-202 LC
RB-202
33 36
31
J-209
3832F
Vd, Xd
Ld, Xd
Lb, Xb
B, Xb
D, Xd
29
30E-206
Vb, Xb
Fungsi: Untuk memisahkan antara benzaldehide dengan benzil alkohol sehingga
didapatkan by-product masing masing yang murni.
Alur 29 (Feed) 29AsBenN = 0,0015 kmol/jam
29BenAlN = 2,3326 kmol/jam
29BenzN = 1,1626 kmol/jam
2
29H ON = 0,0424 kmol/jam
Fraksi mol umpan benzaldehide:
2
2929 BenzBenz 29 29 29 29
AsBen BenAl Benz H O
NX = N + N + N + N
= 1,1626 0,3290,0015+ 2,3326+ 1,1626 + 0,0424
=
Universitas Sumatera Utara
-
Diinginkan, destilat dengan komposisi 99% benzaldehide (fraksi massa) dari
umpan benzaldehide yang masuk.
Alur 38 (destilat)
Asumsi: tidak ada asam benzoat yang ikut menjadi destilat karena penguapan,
sehingga 38AsBenF = 0 kg/jam
38BenzF = 0,99 123,3724 kg/jam = 122,139 kg/jam
Sebanyak 1% benzil alkohol dari umpan benzil alkohol menjadi destilat dan
selebihnya menjadi produk bawah (bottom) sehingga: 38BenAlF = 0,01 252,199 kg/jam = 2,522 kg/jam
Air yang ikut menguap menjadi destilat sebesar 75% dari umpannya dan selebihnya
ikut menjadi produk bawah (bottom), sehingga:
2
38H OF = 0,75 0,763 kg/jam = 0,572 kg/jam
Dari perhitungan diatas didapatkan bahwa : Xd = 0,954 dan Xw =0,005
Neraca Massa Total
F = D + W
F.XF = D. XD + W. XW
3,539. 0,329 = D. 0,954 + (3,539 D). 0,005
D = 1,206 kmol/jam.
W = 2,333 kmol/jam.
Alur 36 (bottom) 36 29AsBen AsBenF = F = 0,1871 kg/jam
3636 AsBenAsBen
AsBen
F 0,1871 kg/jamN = = = 0,002 kmol/jamBM 122,12 kg/kmol
36BenzF = 0,01 123,3724 kg/jam = 1,234 kg/jam
3636 BenzBenz
Benz
F 1,234 kg/jamN = = = 0,012 kmol/jamBM 106,120 kg/kmol
36BenAlF = 0,99 252,199 kg/jam = 249,677 kg/jam
3636 BenAlBenAl
BenAl
F 249,677 kg/jamN = = = 2,309 kmol/jamBM 108,120 kg/kmol
Universitas Sumatera Utara
-
LA-22
2
36H OF = 0,25 0,763 kg/jam = 0,191 kg/jam
2
2
2
36H O36
H OH O
F 0,191 kg/jamN = = = 0,011 kmol/jamBM 18,01 kg/kmol
Universitas Sumatera Utara
-
Tabel LA.14 Neraca Kolom Destilasi II (T-202)
KOMPONEN BM
Alur Masuk Alur Keluar
Alur 29 Alur 38 Alur 36
X N
(kmol/jam)
F
(kg/jam) X
N
(kmol/jam)
F
(kg/jam) X
N
(kmol/jam)
F
(kg/jam)
AsBen 122,120 0,0004 0,002 0,187 - - - 0,001 0,002 0,187
Benz 108,120 0,329 1,163 123,372 0,954 1,151 122,139 0,005 0,012 1,234
BenAl 106,120 0,659 2,333 252,199 0,019 0,023 2,522 0,990 2,309 249,677
Air 18,010 0,012 0,042 0,763 0,026 0,032 0,572 0,005 0,011 0,191
Total 1,000 3,539 376,521 1,000 1,206 125,233 1,000 2,333 251,288
Total 3,539 376,521 3,539 376,521
Universitas Sumatera Utara
-
LA.5.1 Kondensor II (E- 206)
J-211
35
D-202
J-208 J-210
V-202 LC
RB-202
33 36
31
J-209
3832F
B, Xb
D, Xd
Vd, Xd
Ld, Xd
Lb, Xb
29
E-206
Vb, Xb
30
Tekanan uap komponen, dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan Antoine :
ln P = A - ( )CTB+ (Reklaitis, 1983)
Tabel LA.15 Konstanta Antoine Komponen
Komponen A B C
Toluena 16,0137 3.096,52 -53,67 Asam Benzoat 17,1634 4.190,70 -125,20 Benzil Alkohol 17,4582 4.384,81 -73,15 Benzaldehide 16,3501 3.748,62 -66,12 H2O 18,3036 3.816,44 -46,13
(Coulson & Richardson , 1990)
Keterangan :
P = tekanan (mmHg)
A,B,C = konstanta Antoine
T = temperatur (K)
Menentukan kondisi umpan
Untuk mengetahui suhu pada destilat, maka perlu perhitungan suhu umpan masuk
sampai syarat Ki,Xi = 1 terpenuhi.
Asumsi Psat = 5,6 Psia = 38,610 kPa
Universitas Sumatera Utara
-
Trial : T = 428,15 K
Tabel LA.16 Titik Didih Umpan Masuk Destilasi
Komponen XiF Pi
(mmHg)
Pi
(KPa) Ki XiF Ki
if =
Ki/Khk
Asam Benzoat 0,0004 27,9502 3,7263 0,0965 0,0000 1,0000
Benzil Alkohol 0,6591 165,1118 22,0127 0,5701 0,3758 5,9074
Benzaldehide 0,3285 401,6794 53,5519 1,3870 0,4556 14,3713
H2O 0,0120 4078,3282 543,7227 14,0822 0,1685 145,9141
Total 1,0000 4673,0695 623,0136 16,1358 1,0000
Maka, suhu umpan (F) adalah 428,15 K = 155oC
Menentukan kondisi operasi atas (kondensor total)
Untuk mengetahui suhu pada destilat, maka perlu perhitungan trial dew point sampai
syarat yid/Ki = 1 terpenuhi.
Asumsi Psat = 5,6 Psia = 38,610 kPa
Trial : T = 417,3 K
Tabel LA.17 Dew Point Destilat
Komponen YiD Pi
(mmHg)
Pi
(KPa) Ki YiD/Ki
Asam Benzoat 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000
Benzil Alkohol 0,0193 111,8563 14,9127 0,3862 0,0501
Benzaldehide 0,9543 291,7056 38,8902 1,0072 0,9475
H2O 0,0263 3045,4722 406,0224 10,5158 0,0025
Total 1,0000 3449,0341 459,8252 1,0000
Maka, suhu destilat (D) adalah 417,3 K = 144,150oC
Menentukan kondisi operasi bottom (reboiler)
Untuk mengetahui suhu pada Vb, maka perlu perhitungan trial bubble point sampai
syarat xi.Ki = 1 terpenuhi.
Asumsi Psat = 5,6 Psia = 38,610 kPa
Trial : T = 441,98 K
Universitas Sumatera Utara
-
Tabel LA.18 Boiling Point Produk Bawah
Komponen XiB Pi
(mmHg)
Pi
(KPa) Ki Ki.XiB
iB=
Ki/Khk
Asam Benzoat 0,0007 51,1287 6,8333 0,1770 0,0001 1,0000
Benzil Alkohol 0,9898 262,3735 35,0658 0,9082 0,8989 7732,2723
Benzaldehide 0,0050 587,9562 78,5795 2,0352 0,0101 87,2330
H2O 0,0045 5781,8172 772,7318 20,0135 0,0908 781,2475
Total 1,000 5334,3824 712,9327 1,0000
Maka suhu pada bottom (B) adalah 441,98 K = 168,83oC
Refluks Minimum Destilat
Umpan dimasukkan dengan fraksi uap (f)= 0,1068 sehingga
q = 1- f
q = 0,8932
= .xq1 i iFi sehingga i iFi .x 0,8932
= Untuk mengetahui suhu pada Vb, maka perlu perhitungan trial omega sampai syarat
i iF
i
.x 0,8932
= terpenuhi. Trial : = 1,902
Tabel LA.19 Omega Point Destilasi
Komponen XiF iF .xi iFi Asam Benzoat 0,0004 1,0000 0,0002
Benzil Alkohol 0,6591 5,9074 0,5720
Benzaldehide 0,3285 14,3713 0,3091
H2O 0,0120 145,9141 0,0119
Total 1,0000 0,8932
Universitas Sumatera Utara
-
Tabel LA.20 .xi iDi Komponen Yid iD .xi iDi
Asam Benzoat 0,0000 1,0000 0,0000
Benzil Alkohol 0,0193 6,6900 0,0231
Benzaldehide 0,9543 17,4466 1,0180
H2O 0,0263 182,1463 0,0265
Total 1,0000 207,2829 1,0677
i DiDm
i
Dm
Dm
.xR 1
R 1 1,0677R 0,0677
+ = + =
=
RD = 1,5 RDm (Geankoplis, 2003)
RD = 1,5 x 0,0677
RD = 0,1015
Jika : Rd = =DLd 0,1223
Ld=0,1223 x 1,2060 = 0,1223 kmol/jam
Vd = Ld + D
Vd = 0,1223 + 1,2060 = 1,3284 Kmol/jam
Komposisi :
Alur 38 (D)
Asam Benzoat : X = X = X = 0 38AsBenVdAsBen
LdAsBen
Benzil Alkohol: X 38Ben = X = X = 0,019 AlVdBenAl
LdBenAl
Benzaldehide : X = X = X = 0,954 38BenzVdBenz
LdBenz
H2O : X = X = X 2
38H O 2
VdH O 2
LdH O = 0,026
Universitas Sumatera Utara
-
LA-28
Alur 32 (Ld)
Total : N32 = 0,1224 kmol/jam
Asam Benzoat : X N32 = 0 x 0,1224 = 0 kmol/jam 32AsBen
Benzil Alkohol: X 32 N32 = 0,019 x 0,1224 = 0,0024 kmol/jam BenAl
Benzaldehide : X N32 = 0,954 x 0,1224 = 0,1168 kmol/jam 32Benz
H2O : X N32 = 0,026 x 0,1224 = 0,0032 kmol/jam 2
32H O
Alur 30 (Vd)
Total : N30 = N32 + N38 = 1,3284 kmol/jam
Asam Benzoat : = 0 kmol/jam 30 32 38AsBen AsBen AsBenN = N + N
Benzil Alkohol: = 1,1533 kmol/jam 30 32 38BenAl BenAl BenAlN = N + N
Benzaldehide : = 0,1401 kmol/jam 30 32 38Benz Benz BenzN = N + N
H2O : = 0,0350 kmol/jam. 2 2
30 32 38H O H O H ON = N + N 2
Universitas Sumatera Utara
-
Tabel LA.21 Neraca Massa Kondensor II (E-206)
Komponen BM
Alur Masuk Alur Keluar
Alur 30 (Vd) Alur 32 (Ld) Alur 38 (D)
N
(kmol/jam)
F
(kg/jam)
N
(kmol/jam)
F
(kg/jam)
N
(kmol/jam)
F
(kg/jam)
Asam Benzoat 122,120 - - - - - -
Benzaldehide 106,120 1,1533 134,53 0,0024 12,39 1,1509 122,1386
Benzil Alkohol 108,120 0,1401 2,78 0,1168 0,26 0,0233 2,5220
H2O 18,010 0,0350 0,6301 0,0032 0,0581 0,0318 0,5721
Total 1,3284 137,94 0,1224 12,71 1,2060 125,2327
1,3284 137,94 1,3284 137,94
Universitas Sumatera Utara
-
LA-30
LA.5.2 REBOILER II (RB 202)
J-211
35
T-202
J-208 J-210
V-202 LC
RB-202
33 36
31
J-209
3832F
B, Xb
D, Xd
Vd, Xd
Ld, Xd
Lb, Xb
29
E-206
Vb, Xb
30
Karena umpan merupakan sebagian uap sebagian cair maka:
Vd = Vb + (1-q) F (McCabe,1997)
1,3284 = Vb + (1 - 0,893) x 3,539
Vb = 0,019 kmol/jam
Lb = Vb + W
Lb = 0,019 + 2,333
Lb = 2,3520 kmol/jam
Komposisi :
Asam Benzoat : X 36As = X = X = 0,001 BenVbAsBen
LbAsBen
Benzil Alkohol : X 36Be = X = X = 0,990 nAlVbBenAl
LbBenAl
Benzaldehide : X 36Be = X = X = 0,005 nzVbBenz
LbBenz
Air : X 36H O = X = X = 0,005 2 2VbH O 2
LbH O
Universitas Sumatera Utara
-
Alur 33 (Lb)
Total : N33 = 2,3520 kmol/jam
Asam Benzoat : X N33 = 0,001 x 2,3520 = 0,0015 kmol/jam 33AsBen
Benzaldehide: X N33 = 0,005 x 2,3520 = 0,0117 kmol/jam 33BenAl
Benzil Alkohol: X 33Be N33 = 0,990 x 2,3520 = 2,3280 kmol/jam nz
H2O : X N33 = 0,005 x 2,3520 = 0,0107 kmol/jam 2
33H O
Alur 35 (Vb)
Total : N35 = N33 - N36 = 0,9505 kmol/jam
Asam Benzoat : = 0,0000125 kmol/jam 35 33 36AsBen AsBen AsBenN = N - N
Benzil Alkohol: = 0,0188 kmol/jam 35 33 36BenAl BenAl BenAlN = N - N
Benzaldehide : = 0,0001 kmol/jam 35 33 36Benz Benz BenzN = N - N
H2O : = 0,0001 kmol/jam. 2 2
35 33 36H O H O H ON = N - N 2
Tabel LA.22 Neraca Massa Reboiler II (RB-202)
Komponen BM
(kg/kmol)
Alur Masuk Alur Keluar
Alur 33 (Lb) Alur 35 (Vb) Alur 36 (W)
N
(kmol/jam)
F
(kg/jam)
N
(kmol/jam)
F
(kg/jam)
N
(kmol/jam)
F
(kg/jam)
Asam Benzoat 122,120 0,0015 0,1887 0,0000 0,0015 0,0015 0,1872
Benzil Alkohol 108,120 2,3280 251,7078 0,0188 2,0312 2,3093 249,6766
Benzaldehide 106,120 0,0117 1,2438 0,0001 0,0100 0,0116 1,2337
H2O 18,010 0,0107 0,1922 0,0001 0,0016 0,0106 0,1907
Total 2,3520 253,3325 0,0190 2,0443 2,3330 251,2881
2,3520 253,3325 2,3520 253,3325
Universitas Sumatera Utara
-
LA.6. Flash Drum (D-201)
ToluenaBenzaldehideBenzil AlkoholAsam BenzoatH2O
16
ToluenaBenzaldehide
Benzil AlkoholAsam Benzoat
H2O
BenzaldehideBenzil AlkoholAsam BenzoatH2O
Flash Drum(D-201)
17
18
Fungsi: Memisahkan fasa cair asam benzoat dari campuran fasa gasnya.
Tabel LA.23 Derajat Kebebasan Flash Drum D-201
Keterangan
Jumlah variabel
mlah neraca TTSL
i
mbantu:
1
F16Benz ,
H2O, F
F AsBen,
s BenAl, Benz, H2O
17/ N18
Ju
Spesifikasi:
Komposis
Laju alir
Hubungan pe
Rasio laju alir
1
5
4
1
-
1
F16Tol , F16AsBen , F16BenAl, F16 F17Tol, 17H2O, F18Benz, 18BenAl ,F18
F18H2O
A Ben,
N
Jumlah 0
Universitas Sumatera Utara
-
Diketahui:
Alur keluar ke Kolom Destilasi I (alur 18) diketahui:
Neraca massa total F18 = F19 = 1.228,9455 kg / jam
Neraca massa komponen: Asam Benzoat : F18As = F
19 = 850,5446 kg / jam Ben AsBen
Benzil Alkohol: F18Be = F19
= 252,1985 kg / jam nAl BenAl
Benzaldehide : F18Be = F19 = 123,372 kg / jam nz Benz
Air : F = F = 2,830 kg / jam 2
18H O 2
19H O
Misalkan L = F18 = 1.228,9455 kg/jam
Tekanan Operasi = 2,5 Psi = 0,1701 atm (17,236 kPa)
Temperatur = 473,15 K (200oC)
3.096,52Tol = Exp(16,0137- ) = 747,63 kPa(473,15-53,67)
4.190,70AsBen = Exp(17,1634- ) = 22,30kPa(473,15-125,20)
3.748,62Benz = Exp(16,3501- ) =168,25 kPa(473,15-66,12)
4.384,81BenAl = Exp(17,4582- ) = 88,34 kPa(473,15-73,15)
3.816,44Air = Exp(18,3036- ) =1558,12 kPa(473,15-46,13)
Perhitungan Flash Drum
Xi = Zi
Yi = Ki.Zi
PPiKi =
+++== 44332211 ..... PXPXPXpXPXP iibubble (Smith, 2001) Pdew =
i
i
PY
1 (Smith, 2001)
Universitas Sumatera Utara
-
Tabel LA.24 Hasil Perhitungan Pbubble dan Pdew
Komponen Zi Pa Xi.Pi K yi Yi/Pi Tol 0,0468 747,63 35,0238 2,2086 0,1035 0,0030
AsBen 0,6240 22,30 13,9415 0,8791 0,5497 0,0394
BenAl 0,2129 88,34 18,4990 1,1665 0,1156 0,0066
Benz 0,1022 168,25 17,5599 1,1073 0,2443 0,0132
Air 0,0141 1558,12 21,9799 1,3860 0,0196 0,0009
Total 1,0000 107,0040 1,0000 0,0631
Pbubble 107,0040
Pdew 13,827
Pdew < P < Pbuble terjadi kesetimbangan uap-cair
13,827 < 15,85794 < 107,0040 kPa maka terjadi kesetimbangan uap-cair.
Dimana; L = 1-V
)1( ii KZ + )1(1 iKV =1
)1(1 +=Zixi Kiv
Yi = Ki.Zi
Setelah dilakukan trial terhadap V, maka diperoleh
V = 0,5520
L = 0,4480
Tabel LA. 25 Hasil Iterasi Flash Drum (D-201)
Komponen )1(1 += KivZixi Yi = Ki.Zi
Tol 0,0621 0,1371
AsBen 0,5890 0,5178
BenAl 0,1091 0,1208
Benz 0,2237 0,2610
Air 0,0161 0,0223
Total 1,0000 1,0000
Universitas Sumatera Utara
-
LA-35
Jika, N18 (L) = 10,6396 kmol /jam = 1.228,9455 kg/jam. Maka:
16 10,6396N = = 23,749 kmol/jam0,4480
Jumlah mol fasa cair = 0,4480 x 23,749 = 10,6396 kmol/jam.
Jumlah mol fasa uap = 0,5520 x 23,749 = 13,1094 kmol/jam
Dari hasil diatas diperoleh, pada destilat terdapat toluena, asam benzoat,
benzil alkohol, benzaldehide, dan air. Sedangkan toluena tidak terdapat pada bagian
bottom karena telah menguap semua ke bagian destilat (temperatur Flash Drum
(200oC (473,15 K)) jauh melebihi titik didih senyawa tersebut pada 0,1565 atm
(15,8579 kPa)).
Alur 16 Total : N16 = 23,749 kmol /jam
Toluena : N16Tol = 1,1126 kmol/jam
Asam Benzoat : N16AsBen = 14,8495 kmol/jam
Benzil Alkohol : N16BenAl = 4,9732 kmol/jam
Benzaldehide : N16Benz = 2,4787 kmol/jam
Air : N16Air = 0,3350 kmol/jam
Alur 17 Total : N17 = 13,8831 kmol /jam
Toluena : N17Tol = 1,1126 kmol/jam
Asam Benzoat : N17AsBen = 6,7883 kmol/jam
Benzil Alkohol : N17BenAl = 3,4213 kmol/jam
Benzaldehide : N17Benz = 1,5839 kmol/jam
Air : N17Air = 0,2929 kmol/jam
Alur 18 Total : N18 = 10,6396 kmol /jam
Asam Benzoat : N18AsBen = 6,9648 kmol/jam
Benzil Alkohol : N18BenAl = 2,3765 kmol/jam
Benzaldehide : N18Benz = 1,1411 kmol/jam
Air : N18Air = 0,1571 kmol/jam
Universitas Sumatera Utara
-
Tabel LA.26 Neraca Massa Flash Drum (D-201)
KOMPONEN BM
Alur Masuk Alur Keluar
Alur 16 Alur 17 Alur 18
%mol N
(kmol/jam)
F
(kg/jam) %mol
N
(kmol/jam)
F
(kg/jam) %mol
N
(kmol/jam)
F
(kg/jam)
Toluena 92,1400 0,0468 1,1126 52,8884 0,1035 1,1126 52,8884 - - -
Asam Benzoat 122,1200 0,6240 14,8495 935,5991 0,5497 6,7883 85,0545 0,6546 6,9648 850,5447
Benzaldehide 106,1200 0,1022 2,4787 135,7096 0,1156 1,5839 12,3372 0,1072 1,1411 123,3724
Benzil Alkohol 108,1200 0,2129 4,9732 277,4184 0,2443 3,4213 25,2199 0,2234 2,3765 252,1985
Air 18,0100 0,0141 0,3350 3,1130 0,0196 0,2929 0,2830 0,0148 0,1571 2,8300
Total 1,0000 23,749 1.404,7285 1,0000 13,8831 175,7829 1,0000 10,6396 1.228,9455
23,749 1.404,7285 23,749 1.404,7285
Universitas Sumatera Utara
-
LA.7. Vaporizer (E-110)
Fungsi: Untuk memisahkan antara toluena, by-product dan asam benzoat yang
mengalir dari katalis mangan asetat.
Diketahui dari perhitungan sebelumnya bahwa:
F15 = 1.404,7285 kg/jam
Neraca Massa Total :
Laju Massa Masuk = Laju Massa Keluar
F10 = F12 + F15
Alur 15
Toluena : F15To = 52,8884 kg / jam luena
Asam Benzoat : F15As = 935,5991 kg / jam Ben
Benzil Alkohol: F15Ben = 277,4184 kg / jam Al
Benzaldehide : F15Be = 135,7096 kg / jam nz
H2O : F = 3,1130 kg / jam 2
15H O
Fout total = F15Tol + F15AsBen + F15BenAl + F15Benz + F15H2O
= 52,8884 kg/jam + 935,5991 kg/ jam + 277,4184 kg/jam + 135,7096
kg/jam + 3,110 kg/jam.
F15 = 1.404,7285 kg / jam
Universitas Sumatera Utara
-
LA-38
Alur 10 (Alur Masuk)
Asumsi : Asam Benzoat, Benzaldehide dan Benzil Alkohol tidak ikut terbuang
melalui alur 12.
Alur keluaran dari reaktor.
Neraca Massa Komponen:
Toluena : F10To = 52,8884 kg/jam l
Asam Benzoat : F10As = 935,5991 kg/jam Ben
Benzil Alkohol: F10Be = 277,4184 kg/jam nAl
Benzaldehide : F10Be = 135,7096 kg/jam nz
Untuk efisiensi alat vaporizer 98% diperoleh neraca massa sebagai berikut:
Neraca Komponen Mangan Asetat dan Air:
Air : F = 2
10H O
2
15H OF
0,98 = 3,1129
0,98 = 3,1765 kg / jam
Mangan Asetat: 100% Mangan Asetat yang keluar dari reaktor dan masuk ke dalam
Vaporizer dikembalikan ke tangki mangan asetat untuk diregenerasi.
F10Mn = 24,600 kg/jam. As
Fin total = F10Tol + F10AsBen + F10BenAl + F10Benz + F10H2O + F10MnAs
= 52,8884 kg/jam +935,5991 kg/ jam + 277,4184 kg/jam + 135,7096
kg/jam + 3,1765 kg/jam + 24,600 kg / jam
F10 = 1.431,8520 kg / jam
Alur 12
Neraca Massa Komponen
Mangan Asetat: 100% Mangan Asetat yang keluar dari reaktor dan masuk ke dalam
Vaporizer dikembalikan ke gudang mangan asetat sementara untuk di regenerasi.
Mangan Asetat: F12Mn = F10 = 27,06 kg/jam. As MnAs
Air : F = F - F 2
12H O 2
10H O 2
15H O
= 3,1765 kg / jam - 3,11297 kg / jam
= 0,0635 kg / jam.
Universitas Sumatera Utara
-
Tabel LA.27 Neraca Massa Vaporizer (V-101)
KOMPONEN BM
Alur Masuk Alur Keluar
Alur 10 Alur 15 Alur 12
X N F X N F X N F
Toluena 92,140 0,0465 0,574 52,888 0,0468 0,574 52,888 - - -
Asam Benzoat 122,120 0,6201 7,661 935,599 0,6253 7,661 935,599 - - -
Mangan Asetat 249,090 0,0080 0,099 24,600 - - - 0,966 0,099 24,600
Benzil Alkohol 108,120 0,2077 2,566 277,418 0,2094 2,566 277,418 - - -
Benzaldehide 106,120 0,1035 1,279 135,710 0,1044 1,279 135,710 - - -
Air 18,010 0,0143 0,173 3,17 0,0141 0,173 3,113 0,034 0,004 0,064
Total 1,0000 12,352 1.429,39 1,0000 12,253 1.404,728 1,0000 0,103 24,664
12,352 1.429,39 12,352 1.429,39
Universitas Sumatera Utara
-
LA.8. Reaktor (R-101)
H2O (g)Toluena (g)Oksigen (g)
ToluenaBenzaldehideBenzil AlkoholAsam BenzoatH2OMangan Asetat
Reaktor(R-101)
7
9Oksigen
MnAsToluena
5
6
8
Diketahui:
Data keluaran dari reaktor yang masuk ke dalam vaporizer sebagai berikut:
ALUR 9
Neraca Massa Total: F9 = 1.429,39 kg/jam
Toluena: = 52,8884 kg/jam 9TolF
Asam Benzoat: = 935,5991 kg/jam 9AsBenF
Mangan Asetat: F = 24,600 kg/jam 9MnAs
Benzil Alkohol: = 277,4184 kg/jam 9BenAlF
Benzaldehide: = 135,7096 kg/jam 9BenzF
Air : = 3,1765 kg/jam 2
9H OF
Sehingga: Laju total massa keluar reaktor (downstream) :
Fin total = F9Tol + F9AsBen + F9MnAs + F9BenAl + F9Benz + F9H2O
= 52,8884 kg/jam + 935,5991 kg/jam + 24,600 kg/jam +
277,4184 kg/jam + 135,7096 kg/jam + 3,1765 kg/jam
F9 = 1.429,39 kg / jam.
Universitas Sumatera Utara
-
Reaksi yang terjadi dalam reaktor:
1. Reaksi Pembentukan Asam Benzoat
C6H5CH3 (l) + 32
O2 (g) Mn C6H5COOH (l) + H2O (l)
Konversi toluena dalam pembentukan Asam Benzoat = 60% (XA = 0,6)
(freepatentsonline, 1962)
Toluena = 1
Oksigen = 3/2
Asam Benzoat = 1
Air = 1
Asam Benzoat: = 935,5991 kg/jam 9AsBenF
= 7,661 kmol/jam 9AsBenN
Mula mula dalam reaktor, tidak terdapat asam benzoat, sehingga:
= A + R 9AsBenN sBen mula - mula
7,661 kmol/jam = 0,696 kmol/jam + r
r = 6,965 kmol/jam
Neraca Massa Komponen:
1. Toluena
r = 6,965 kmol/jam =6 6
Toluena Toluena Toluena
Toluena
N x X N x0,6=- -(-1)
6ToluenaN x 0,6 =6,965 kmol/jam
-(-1)
6Toluena6,965 kmol/jamN =
0,6
= 11,608 kmol/jam 6ToluenaN
Jadi, toluena yang diperlukan untuk masuk ke dalam reaktor = 11,608 kmol/ jam.
6ToluenaF = 11,608 kmol/jam x 92,14 kg/kmol = 1.069,59 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
-
2. Mangan Asetat ( Katalis ) Mangan asetat yang diperlukan = 2,3 % dari massa toluena. Mangan asetat
merupakan katalisator yang berfungsi untuk mempercepat terjadinya reaksi akan
tetapi mangan asetat tidak ikut bereaksi.(freepatentsonline, 1962) 6MnAsF = 0,023 x 1.069,565 kg/jam = 24,60 kg/jam
3. Oksigen
7 5Oksigen Oksigen
5Oksigen
5Oksigen
3N = N - r2
3 8,519 kmol/jam = N - (6,965) kmol/jam2
N = 16,139 kmol/jam
5Oksigen F = 16,139 kmol/jam x 32 kg/kmol = 516,464 kg/jam
Jadi, oksigen yang diperlukan dalam reaksi tersebut adalah sebesar 516,464
kg/jam.
2. Reaksi Pembentukan Benzil Alkohol
Benzil Alkohol yang terbentuk = 22% dari fraksi massa toluena yang bereaksi
dengan oksigen secara proses oksidasi, sehingga:
C6H5CH3 (l) + 12
O2 (g) Mn C6H5CH2 (l)
Konversi toluena dalam pembentukan Benzil Alkohol = 22% (XA = 0,22)
(freepatentsonline, 1962)
Toluena = 1
Oksigen = 1/2
Benzil Alkohol = 1
9BenAlN =
6 6Toluena Toluena Toluena
Toluena
N x X N x 0,22=- -(-1)
9BenAl N = 11,608 kmol/jam x 0,22 = 2,566 kmol/jam
9BenAlF = 2,566 kmol/jam x 108,12 kg/kmol = 277,418 kg/jam
3. Reaksi Pembentukan Benzaldehide
Benzaldehide yang terbentuk = 10,01% dari fraksi massa toluena yang
bereaksi dengan oksigen secara proses oksidasi, sehingga:
C6H5CH3 (l) + O2 (g) Mn C6H5COH (l) + H2O (l)
Universitas Sumatera Utara
-
Konversi toluena dalam pembentukan Benzaldehide = 11% (XA = 0,11)
(freepatentsonline, 1962)
Toluena = 1
Oksigen = 1
Benzil Alkohol = 1
9BenzN =
6 6Toluena Toluena Toluena
Toluena
N x X N x 0,11=- -(-1)
9Benz N =0,11 x 11,608 kmol/jam =1,279 kmol/jam
9BenzF = 1,279 kmol/jam x 106,12 kg/kmol = 135,710 kg/jam
Untuk toluena yang tidak habis bereaksi dikeluarkan dari reaktor dan ditampung di
drum penyimpanan sementara untuk dapat di recycle kembali ke dalam reaktor.
Toluena sisa = 11,608 kmol/jam (6,965 + 2,566 + 1,279) = 1,148 kmol/jam
Asumsi bahwa toluena sisa sebagian menjadi downstream dan upstream sehingga:
9ToluenaN =
1,148 0,574 kmol/jam2
= dan 7ToluenaN = 0,574 kmol/jam
Perincian dari reaktor sebagai berikut:
Alur 6
Neraca Komponen:
Toluena : = 11,608 kmol/jam 6ToluenaN
6ToluenaF =11,608 kmol/jam x 92,14 kg/kmol =1.069,565 kg/jam
Mangan Asetat: 6MnAsF = 0,023 x 1.069,565 kg/jam = 24,600 kg/jam
Neraca total : F6 = 1.094,165 kg/jam
Alur 5
Neraca Komponen:
Oksigen : 5OksigenN = 16,139 kmol/jam
5Oksigen F = 16,139 kmol/jam x 32 kg/kmol = 516,464 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
-
LA-44
Neraca total : F5 = 742,912 kg/jam.
Neraca Komponen Air
Pada reaksi 1 : Air yang terbentuk sebesar = 6,965 kmol/jam = 125,439 kg/jam
Pada reaksi 3 : Air yang terbentuk sebesar = 1,279 kmol/jam = 23,034 kg/jam
Air yang terbentuk melalui reaksi = 8,244 kmol/jam = 148,4744 kg/jam.
Diinginkan pada keluaran reaktor yang masuk ke dalam vaporizer (alur 9) adalah air sebesar = 0,176 kmol/jam = 3,176 kg/jam.
Maka: air yang berubah menjadi uap air = 8,068 kmol/jam = 145,305 kg/jam.
Asumsi : terdapat uap air yang tidak terkondensasi sempurna, sehingga keluar
sebagai NCG (non-condensate gas) sebesar = 3,995 kmol/jam.
Alur 7
Neraca Komponen:
Uap Air : 8,068 kmol/jam. 2
7H ON =
Oksigen : Yang tidak habis bereaksi akibat reaksi oksidasi dalam reaktor:
Oksigen sisa = 16,139 kmol/jam 7,620 kmol/jam = 8,519 kmol/jam. 2
7ON =
Universitas Sumatera Utara
-
Tabel LA.28 Neraca Massa Reaktor (R-101)
KOMPONEN BM
Alur Masuk Alur Keluar
Alur 6 Alur 5 Alur 8 Alur 9 Alur 7
N F N F N F N F N F
Toluena 92,14 11,608 1.069,565 - - 1,148 105,777 0,574 52,888 0,574 52,888
AsBen 122,12 - - - - 0,696 85,054 7,661 935,599 - -
MnAs 249,09 0,099 24,600 - - - - 0,099 24,600 - -
BenAl 108,12 - - - - 0,233 25,220 2,566 277,418 - -
Benz 106,12 - - - - 0,116 12,337 1,279 135,710 - -
Air 18,01 - - - - 4,089 73,643 0,173 3,113 8,764 157,835
Oksigen 32 - - 16,139 516,464 - - - - 8,519 272,608
Total 11,707 1.094,165 16,139 516,464 6,285 302,031 12,352 1.429,328 17,857 483,332
1.912,660 kg/jam 1.912,660 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
-
LA.9. Drum (V-101)
13
14
11
ToluenaAsam BenzoatBenzil AkoholBenzaldehide
Air
ToluenaAsam BenzoatBenzil AlkoholBenzaldehide
Air
AirToluena
V-101
Fungsi: Sebagai tempat penampungan sementara untuk mengumpulkan by-product
dan bahan baku yang belum bereaksi sempurna untuk dikembalikan ke
reaktor yang kemudian direaksikan kembali.
MASUK:
Alur 14 (dari Flash Drum)
Toluena : = 52,888 kg/jam 14TolF
Asam Benzoat: = 85,054 kg/jam 14AsBenF
Air : = 0,2899 kg/jam 2
14H OF
Benzil Alkohol: = 25,220 kg/jam 14BenAlF
Benzaldehide : = 12,337 kg/jam 14BenzF
Total : F14 = 175,789 kg/jam
Alur 11 (dari Reaktor)
Air : = 73,353 kg/jam 2
11H OF
Tol : = 52,888 kg/jam 11TolF
Total : = 126,248 kg/jam 11F
Universitas Sumatera Utara
-
LA-47
KELUAR (alur 13)
Toluena : = 105,777 kg/jam 13TolF
Asam Benzoat : = 85,054 kg/jam 13AsBenF
Benzil Alkohol: = 25,220 kg/jam 13BenAlF
Benzaldehide : = 12,337 kg/jam 13BenzF
Air = 73,643 kg/jam 2
13H OF
Total : F14 = 302,031 kg/jam
Tabel LA.29 Neraca Massa Drum (V-101)
KOMPONEN BM
Alur Masuk Alur Keluar
Alur 14 Alur 11 Alur 13
N F N F N F
Toluena 92,14 0,574 52,888 0,574 52,888 1,148 105,777
Asam Benzoat 122,12 0,696 85,054 - - 0,696 85,054
Mangan Asetat 249,09 - - - - - -
Benzil Alkohol 108,12 0,238 25,220 - - 0,238 25,220
Benzaldehide 106,12 0,114 12,337 - - 0,114 12,337
Air 18,01 0,016 0,283 4,073 73,360 4,089 73,643
Oksigen 32 - - - - - -
Total 1,638 175,783 4,647 126,248 6,285 302,031
6,285 302,031 6,285 302,031
Universitas Sumatera Utara
-
LA.10. Mixer I (M-101)
LI
M-101
4
1
2
Mangan Asetat
Toluena
Mangan AsetatToluena
Fungsi: Sebagai tempat pencampuran antara katalis mangan asetat dan toluena
sebelum dimasukkan ke dalam reaktor untuk dipanaskan melalui heater.
Neraca Total : Neraca Massa Masuk = Neraca Massa Keluar
F1 + F2 = F4
Neraca Komponen:
Mangan Asetat : 4 1 2MnAs MnAs MnAsF = F + F
1MnAs24,600 kg/jam = F + 0
F 1MnAs = 24,600 kg/jam
Toluena : F = 4 1 2Tol Tol Tol F + F
2Tol1.069,565 kg/jam = 0 + F
F 2Tol = 1.069,565 kg/jam
Tabel LA.30 Neraca Massa Mixer I (M-101)
Komponen BM
(kg/kmol)
Alur Masuk Alur Keluar
Alur 1 Alur 2 Alur 4
N F N F N F
Toluena 92,140 - - 11,608 1.069,565 11,608 1.069,565
Mangan Asetat 249,09 0,099 24,600 - - 0,099 24,600
Total 0,099 24,600 11,608 1.069,565 11,707 1.094,165
11,707 1.094,165 11,707 1.094,165
Universitas Sumatera Utara
-
LAMPIRAN B
PERHITUNGAN NERACA PANAS
Kapasitas Produk : 6000 ton/tahun
Basis perhitungan : 1 jam operasi
Satuan operasi : kJ/jam
Temperatur basis : 298,15 K
Perhitungan beban panas pada masing-masing alur masuk dan keluar.
Q = H = (Smith dan Van Ness, 1975) TTref dTxCpxnTabel LB.1 Kapasitas Panas Gas Cpg TK = a + bT + cT2 + dT3 + eT4 [ J/molK ]
Komponen a b c d e
Toluena 3,18200E+01 -1,61654E-02 1,44465E-03 -2,28948E-06 1,13573E-09
Asam Benzoat 1,6158E+01 2,8234E-01 1,7811E-04 -3,218E-07 1,0752E-10
Benzil Alkohol -3,8244E+01 5,729E-01 -1,9618E-04 -1,788E-07 1,2218E-10
Benzaldehide -8,9000E-01 4,4758E-01 -1,8566E-04 -3,620E-08 3,1110E-11
Oksigen 2,99883E+01 -1,13842E-02 4,33779E-05 -3,70052E-08 1,01006E-11
H2O 3,40471E+01 -9,65064E-03 3,29983E-05 -2,04467E-08 4,30228E-12
Sumber : Yaws, C.L , 1996
Tabel LB.2 Kapasitas Panas Cair Cpl TK = a + bT + cT2 + dT3 [ J/molK ]
Sumber : Yaws C.L, 1996
Komponen A b c d
Toluena 0,18082E+01 8,12223E-01 1,51267E-03 1,63001E-06
Asam Benzoat -15,7517E+01 2,3735E+00 -4,8280E-03 3,6876E-06
Benzaldehide 6,7015E+01 7,0427E-01 -1,7065E-03 1,7622E-06
Benzil Alkohol 9,7570E+01 8,6633E-01 -2,1388E-03 2,1700E-06
Oksigen 1,11E+03 -3,34E+01 0,350211 -1,21E-03
H2O 1,82964E+01 4,72118E-01 -1,33878E-03 1,31424E-06
LB-1
Universitas Sumatera Utara
-
Tabel LB.3 Panas reaksi pembentukan pada 298K [ kJ/mol ]
Komponen Hf Toluena 50,20
Asam Benzoat -290,10
Benzaldehide -36,80
Benzil Alkohol -100,40
Oksigen 0
H2O -241,80
Sumber : Yaws C.L, 1996
Tabel LB.4 Panas Laten [ kJ/mol]
Komponen
BM
(gr/mol)
BP
(K)
Tc
(K)
Pc
(Bar) Hvl
kJ/kmol
Toluena 92,14 383,78 591,8 41,10 33.460,6
Asam Benzoat 122,12 522,40 751,0 44,70
Benzaldehide 106,12 451,90 695,0 46,50
Benzil Alkohol 108,14 477,85 677,0 45,50
Oksigen 32 90,15 154,6 50,50
H2O 18,016 373,15 647,1 220,5 40.656,2
Sumber : Reklaitis, 1983
Tabel LB.5 Tekanan Uap Antoine (mmHg) Bln P = A - C + T
T dalam K
Komponen A B C
Toluena 16,0137 3.096,52 -53,67
Asam Benzoat 17,1634 4.190,70 -125,20
Benzaldehide 16,3501 3.748,62 -66,12
Benzil Alkohol 17,4582 4.384,81 -73,15
Oksigen 15,4075 734,55 -6,45
H2O 18,3036 3.816,44 -46,13
Sumber : Richardson Coulson , 2005
Universitas Sumatera Utara
-
Tabel LB.6 Estimasi Kapasitas Panas solid pada T = 298,15K untuk mangan asetat
Elemen atom
(J/mol K)
N.
(J/mol K)
Mn 28,06 1 (28,06) =28,06
C 10,89 4 (10,89) = 43,56
H 7,56 14 (7,56) = 105,84
O 13,42 8 (13,42) = 107,36
Total 284,82
Tabel LB.7 Data Uap Jenuh dan Air Pendingin yang Digunakan
T in (oC) H(kJ/kg) T out (oC) HVL HL (kJ/kg)
Saturated
Steam
200
(1554 kPa) 2790,9
200
(1544,9 kPa)1938,6 852,4 1938,6
Saturated
Liquid 28 117,3 60 - 251,1 -
Estimasi panas latent berdasarkan hukum Trouton sebagai berikut:
2
2
8,32 BT zLv =(T+C)
dimana 0,5
r3r
Pz = 1-
T
Benzaldehide: Diketahui: BP = 451,90 K
Tc = 695 K
Pc = 46,5 Bar
Antoine Constants: A = 16,3501; B = 3748,62; C = -66,12
Pada titik didih : Pr = 1 0,02150
46,5= Tr = 451,9 0,6502
695=
0,5
3
0,02150z = 1- 0,9600956
0,6502 =
Sehingga: 2 2
2 2
8,32 BT z (8,32)(3748,62)(451,90) (0,9600956)Lv =(T+C) (451,90 66,12)
=
= 41.087 kJ/kmol.
Universitas Sumatera Utara
-
Asam Benzoat Diketahui: BP = 522,40 K
Tc = 751 K
Pc = 44,7 Bar
Antoine Constants: A = 17,1634; B = 4190,70 ; C = -125,20
Pada titik didih : Pr = 1 0,02237
44,7= Tr = 522,4 0,6956
751=
0,5
3
0,02237z = 1- 0,96619
0,6956 =
Sehingga: 2 2
2 2
8,32 BT z (8,32)(4190,70)(522,40) (0,96619)Lv =(T+C) (522,40 125,2)
=
= 58.272 kJ/kmol.
Benzil Alkohol Diketahui: BP = 477,85 K
Tc = 677 K
Pc = 45,5 Bar
Antoine Constants: A = 17,4582; B = 4384,81 ; C = -73,15
Pada titik didih : Pr = 1 0,02197
45,5= Tr = 477,85 0,7058
677=
0,5
3
0,02197z = 1- 0,9682
0,7058 =
Sehingga: 2 2
2 2
8,32 BT z (8,32)(4384,81)(477,85) (0,9682)Lv =(T+C) (477,85 73,15)
=
= 49.244 kJ/kmol.
Oksigen Diketahui: BP =90,15 K
Tc = 154,6 K
Pc = 50,5 Bar
Antoine Constants: A = 15,4075; B = 734,55; C = -6,45
Universitas Sumatera Utara
-
Pada titik didih : Pr = 1 0,01980
50,5= Tr = 90,15 0,5834154,5 =
0,5
3
0,01980z = 1- 0,9488
0,5834 =
Sehingga: 2 2
2 2
8,32 BT z (8,32)(734,55)(90,15) (0,9488)Lv =(T+C) (90,15 6,45)
=
= 6.726 kJ/kmol.
Tabel LB.8 Estimasi nilai panas laten untuk masing masing komponen
Komponen
Hvl (kJ/kmol)
Asam Benzoat 58.272
Benzaldehide 41.087
Benzil Alkohol 49.244
Oksigen 6.726
Persamaan untuk menghitung kapasitas panas (Reklaitis, 1983) : 32 dTcTbTaCp +++= .................................................................................... (1)
Jika Cp adalah fungsi dari temperatur maka persamaan menjadi :
dTdTCTbTaCpdTT
T
T
T
)( 322
1
2
1
+++= .................................................................. (2)
)(4
)(3
)(2
)( 414
23
13
22
12
212
2
1
TTdTTcTTbTTaCpdTT
T
+++= ...................... (3) Untuk sistem yang melibatkan perubahan fasa persamaan yang digunakan adalah :
++= 221 1
T
Tv
T
T
T
TVll
b
b
dTCpHdTCpCpdT ................................................................... (4)
Perhitungan energi untuk sistem yang melibatkan reaksi :
+= 21
2
1
T
Tout
T
ToutR CpdTNCpdTNHrdt
dQ .............................................................. (5)
Universitas Sumatera Utara
-
LB.1 Heater (E-101)
Pada Heater (E-101) terjadi proses pemanasan untuk menaikkan temperatur
toluena agar tidak terjadi perbedaan temperatur yang sangat besar di dalam reaktor.
Neraca Panas masuk heater (T = 300C)
Toluena (C7H8) Tekanan di dalam heater = 6 atm = 607,975 kPa = 4.560 mmHg
Titik didih toluena pada tekanan 4.560 mmHg
ln 4.560 = 3096,5216,0137 - T - 53,67
8,425 = 3096,5216,0137 - T - 53,67
3096,52 7,588T - 53,67
=
T = 461,7177 K = 188,567oC
Neraca Panas Masuk (Alur 4) 30
25Cp dT = 303,15298,15 Cpl dT
30
25Cp dT =
303,15-01 -03 2 -06 3
298,15
1,81 + 8,12.10 T + 1,51.10 T + 1,63.10 T dT -01 -03 -06
2 2 3 3 4 42 1 2 1 2 1 2 1
8,12.10 1,51.10 1,63.101,81(T -T ) + (T -T ) + (T -T ) + (T -T )2 3 4
-01 -032 2 3 3
-064 4
8,12.10 1,51.101,81(303,15-298,15) + (303,15 -298,15 ) + (303,15 -298,15 ) 2 3
1,63.10+ (303,15 -298,15 )4
Universitas Sumatera Utara
-
Qin toluena = N.Cpl.dT
= 11,608 kmol/jam . 2.135,185 kJ/kmol
= 24785,328 kJ/jam
Qin MnAs = N.Cps.dT
= 0,099 kmol/jam . 1.424,1 kJ/kmol
= 140,643 kJ/jam
Tabel LB.9 Panas masuk heater (E-101)
Komponen N4
(kmol/jam)303,15
298,15Cp dT 303,154 298,15N Cpl dT
Toluena 12,768 2.135,185 24.785,328 Mangan Asetat 0,099 1424,1 140,643 Total 24.925,972
Neraca Panas Keluar (Alur 6)
Toluena 148,89
25Cp dT = 422,04298,15 Cpl dT
148,89
25Cp dT =
422,04-01 -03 2 -06 3
298,15
1,81 + 8,12.10 T + 1,51.10 T + 1,63.10 T dT -01 -03 -06
2 2 3 3 4 42 1 2 1 2 1 2 1
8,12.10 1,51.10 1,63.101,81(T -T ) + (T -T ) + (T -T ) + (T -T )2 3 4
-01 -032 2 3 3
-064 4
8,12.10 1,51.101,81(422,04-298,15) + (422,04 -298,15 ) + (422,04 -298,15 ) 2 3
1,63.10+ (422,04 -298,15 )4
Qout toluena = N.Cp.dT
= 11,608 kmol/jam . 70.707,51 kJ/kmol
= 820.776,008 kJ/jam
Qout MnAs = N.Cp.dT
= 0,099 kmol/jam . 35286,35 kJ/kmol
= 3484,862 kJ/jam
Universitas Sumatera Utara
-
Tabel LB.10 Panas keluar heater (E-101)
Komponen N6
(kmol/jam) 422,04
298,15Cpl dT 422,046 298,15N Cpl dT
Toluena 11,608 70.707,51 820.776,008 Mangan Asetat 0,099 35.286,35 3.484,862 Total 824.260,869
Panas yang dibutuhkan :
Q = Q out Q in
= (824.260,869 - 24.925,972) kJ/jam
= 799.334,90 kJ/jam.
= 1.938,6 kJ/kg
Massa steam yang diperlukan:
Q 799.334,90 kJ/jamm 1.938,6 kJ/kg
= =
= 412,33 kg/jam
Tabel LB.11 Neraca panas heater (E-101)
Masuk (kJ/jam) Keluar
(kJ/jam) Umpan 24.925,97 -Produk - 824.260,87Panas yang dibutuhkan 799.334,90 -Total 824.260,87 824.260,87
LB.2 Pemanas Oksigen (Heater) (E-102)
Universitas Sumatera Utara
-
Pada Heater (E-102) terjadi proses pemanasan untuk menaikkan temperatur
oksigen agar temperatur oksigen masuk ke dalam reaktor seragam.
Neraca Panas masuk heater (T = 300C)
Tekanan di dalam heater = 3.800 mmHg = 506,625 kPa
Dimana Oksigen, pada tekanan dan temperatur tersebut merupakan fasa gas.
Oksigen (O2) 30
25Cp dT = 303,15298,15 Cpg dT
30
25Cp dT = 303,15 -02 -05 2 -08 3 -11 4
298,15
29,9 + -1,14.10 T + 4,34.10 T + -3,70.10 T + 1,01.10 T dT 2
-02 -05 -082 2 3 3 4 4
2 1 1 2 1 2 1
-115 52 1
-1,14.10 4,34.10 -3,70.1029,9 (T -T ) + (T -T ) + (T -T ) + (T -T ) 2 3 4
1,01.10+ (T -T )5
-02 -052 2 3 3
-08 -114 4 5 5
-1,14.10 4,34.1029,9 (303,15-298,15) + (303,15 -298,15 ) + (303,15 -298,15 ) 2 3
-3,70.10 1,01.10+ (303,15 -298,15 ) + (303,15 -298,15 )4 5
Qin = N.Cp dT
= 16,139 kmol/jam. 147,292 kJ/kmol
= 2.377,218 kJ/jam
Tabel LB.12 Panas masuk heater (E-102)
Komponen N3
(kmol/jam)298,15
298,15Cp dT 298,153 298,15N Cp dT
Oksigen 16,139 147,292 2.377,218 Total 2.377,218
Neraca panas keluar heater (alur 5)
Oksigen (O2) 148,89
25Cp dT = 422,04298,15 Cpg dT
Universitas Sumatera Utara
-
422,04148,89 -02 -05 2 -08 3 -11 4
25298,15
Cp dT 29,9 + -1,14.10 T + 4,34.10 T + -3,70.10 T + 1,01.10 T dT = 2
-02 -05 -082 2 3 3 4 4
2 1 1 2 1 2 1
-115 52 1
-1,14.10 4,34.10 -3,70.1029,9 (T -T ) + (T -T ) + (T -T ) + (T -T ) 2 3 4
1,01.10+ (T -T )5
-02 -052 2 3 3
-08 -114 4 5 5
-1,14.10 4,34.1029,9 (422,04-298,15) + (422,04 -298,15 ) + (422,04 -298,15 ) 2 3
-3,70.10 1,01.10+ (422,04 -298,15 ) + (422,04 -298,15 )4 5
148,895
25N . Cp dT = 85.898,41 kJ/jam
Tabel LB.13 Panas keluar heater (E-102)
Komponen N5
(kmol/jam)
422,04
298,15Cpg dT
outQ
Oksigen 16,139 3.699,966 59.715,586 Total 59.715,586
Panas yang dibutuhkan :
Q = Q out Q in
= (59.715,586 - 2.377,218) kJ/jam
= 57.338,368 kJ/jam.
= 1.938,6 kJ/kg
Massa steam yang diperlukan:
Q 57.338,368 kJ/jamm 1.938,6 kJ/kg
= =
= 29,577 kg/jam
Tabel LB.14 Neraca panas heater (E-102)
Masuk (kJ/jam) Keluar
(kJ/jam) Umpan 2.377,218 -Produk - 59.715,586Panas yang dibutuhkan 57.338,368 -Total 59.715,586 59.715,586
Universitas Sumatera Utara
-
LB.3 Heater (E-103)
Pada Heater (E-103) terjadi proses pemanasan untuk menaikkan temperatur
toluena, asam benzoat dan air agar temperatur di dalam reaktor seragam.
Neraca Panas masuk heater (T = 133oC)
Tekanan di dalam heater = 5.320 mmHg = 709,275 kPa = 7 atm.
Dimana toluena, asam benzoat dan air pada tekanan dan temperatur tersebut
merupakan fasa cair.
Toluena 406,15
133 -01 -03 2 -06 3
25298,15
Cpl dT 1,81 + 8,12.10 T + 1,51.10 T + 1,63.10 T dT = -01 -03 -06133 2 2 3 3 4 4
2 1 2 1 2 1 2 125
8,12.10 1,51.10 1,63.10Cpl dT 1,81(T -T ) + (T -T ) + (T -T ) + (T -T )2 3 4
= -01 -03
2 2 3 3
-064 4
8,12.10 1,51.101,81(406,15-298,15) + (406,15 -298,15 ) + (406,15 -298,15 ) 2 3
1,63.10+ (406,15 -298,15 )4
= 59.372,44 kJ/kmol.
133
25Cpl dT
Qtol = N13tol . = 1,148 kmol/jam. 59.372,44 kJ/kmol. 133
25Cpl dT
= 68.159,56 kJ/jam
Asam Benzoat : = 13325
Cp dT 406,15298,15 Cpl dT = 25890,18 kJ/kmol
13313AsBen 25
N Cp dT = 0,696 kmol/jam . 25890,18 kJ/kmol
Universitas Sumatera Utara
-
= 18032,06 kJ/jam
Benzaldehide: = 13325
Cp dT 406,15298,15 Cpl dT = 19494,79 kJ/kmol
13313Benz 25
N Cp dT
dT
= 0,116 kmol/jam . 19494,79 kJ/kmol
= 2224,49 kJ/jam
Benzil Alkohol : = 13325
Cp dT 406,15298,15 Cpl dT = 25091,6 kJ/kmol
13313BenAl 25
N Cp = 0,238 kmol/jam . 25091,6 kJ/kmol = 5963,121 kJ/jam
Air : = 13325
Cp dT 406,15298,15 Cpl dT = 3219,56 kJ/kmol
2
13313H O 25
N Cp dT = 4,089 kmol/jam . 3219,56 kJ/kmol = 13164,78 kJ/jam
Tabel LB.15 Panas masuk heater (E-103)
Komponen N13
(kmol/jam)406,15
298,15Cp dT 406,1513 298,15N Cp dT
Toluena 1,148 59372,44 68159,56 Asam Benzoat 1,462 25890,18 18032,06 Benzaldehide 0,114 19494,79 2224,49 Benzil Alkohol 0,238 25091,6 5963,121 Air 4,089 3219,56 13164,78 Total 107.544
Neraca panas keluar heater (alur 8)
1. Toluena: = 148,89
25Cp dT 422,04298,15 Cpl dT
= 106469,58 kJ/kmol
= 1,148 kmol/jam . 106469,58 kJ/kmol 148,898
tol 25N Cp dT
= 122.227,1 kJ/jam.
Universitas Sumatera Utara
-
2. Asam Benzoat : = 148,89
25Cp dT 422,04298,15 Cpl dT
= 23.326,285 kJ/kmol 148,898
AsBen 25N Cp dT = 0,696 kmol/jam . 23326,285 kJ/kmol = 16.246,35 kJ/jam
3. Benzaldehide : = 148,89
25Cp dT 422,04298,15 Cpl dT
= 22445,729 kJ/kmol 148,898
Benz 25N Cp dT = 0,114 kmol/jam . 22445,729 kJ/kmol = 2561,212 kJ/jam
4. Benzil Alkohol : = 148,89
25Cp dT 422,04298,15 Cpl dT
= 29178,896 kJ/kmol 148,898
BenAl 25N Cp dT
dT
= 0,238 kmol/jam . 29178,896 kJ/kmol
= 6934,485 kJ/jam
5. Air : = 148,89
25Cp dT BP 422,04298,15 BPCpl dT HVL + Cpg dT+
= 10.733,06 + 40.656,2 + 968,398
= 52.358 kJ/kmol
2
148,898H O 25
N Cp = 4,089 kmol/jam . 52.358 kJ/kmol = 214090,476 kJ/jam
Tabel LB.16 Panas keluar heater (E-103)
Komponen N8
(kmol/jam) ( )
298,15
BP
lCp dT
Hvl (kJ/kmol)
422,04
( )gBP
Cp dT
outQ
Toluena 1,148 106469,58 - - 122227,1Asam Benzoat 0,696 23326,285 - - 16246,35Benzaldehide 0,114 22445,729 - - 2561,212Benzil Alkohol 0,238 29178,896 - - 6934,485Air 4,089 10733,063 40.656 968,3982 214090,476Total 362.059,6
Universitas Sumatera Utara
-
Panas yang dibutuhkan :
Q = Q out Q in
= (362.059,6 107.544) kJ/jam
= 254.516 kJ/jam.
= 1.938,6 kJ/kg
Massa steam yang diperlukan:
Q 254.516 kJ/jamm 1.938,6 kJ/kg
= =
= 131,213 kg/Jam
Tabel LB.17 Neraca panas heater (E-103)
Masuk (kJ/jam) Keluar
(kJ/jam) Umpan 107.544 -Produk - 362.060Panas yang dibutuhkan 254.516 -Total 362.060 362.060
LB.4 Reaktor (R-101)
Pada reaktor terjadi reaksi oksidasi untuk menghasilkan asam benzoat. Reaksi
digambarkan sebagai berikut:
1. Reaksi Pembentukan asam benzoat
C6H5CH3 + 32
O2 2+
2Mn [O ] C6H5COOH + H2O
Reaksi berlangsung pada temperatur 300oF (148,89oC) secara eksotermis (diperoleh
melalui perhitungan dengan menggunakan persamaan (
), sehingga digunakan air pendingin 280C
untuk menjaga temperatur operasi dalam reaktor tetap tersedia sesuai yang
diinginkan.
0 00
Re tan Pr(148,89 ) 298,15ak r odukC KHr H H H= + +
Oks148,89 oC Tol
AsBenMnAsBenAlBenzAir
Air Pendingin 28 oC
Air Pendingin Bekas 60 oC
6
9
Reaktor
TolMnAs
148,89 oC
5
7Air
OksigenToluena
148,89 oC
8Tol
AsBenMnAsBenAlBenzAir
Universitas Sumatera Utara
-
Panas Masuk Reaktor
Qin Reaktor : Qout Heater E-101 = 824.260,87 kJ/jam
Qout Heater E-102 = 59.715,586 kJ/jam
Qout Heater E-103 = 362.038,11 kJ/jam
Tabel LB.18 Panas masuk Reaktor (R-101)
Alur Qin kJ/jam Alur 6 824.260,87Alur 5 59.715,586Alur 8 362.038,11Total 1.246.014,570
Panas Keluar Reaktor Alur 9
Panas keluar reaktor = 422,04
9
298,15SN Cp d T
Tekanan keluar reaktor P = 6 atm = 607,95 kPa.
Tout reaktor 148,89oC 422,04 K P operasi 4560 mmHg 607,95 kPa Ln P 7,732
Tabel LB.19 Kondisi Operasi pada reaktor (R-101)
Komponen T sat (K) Tc (K) Pc (atm) V pr = 1/Pc Toluena 470,18 591,8 40,56255 0,024653 Asam Benzoat 613,39 751 45,0037 0,02222 Benzaldehide 548,51 695 45,99062 0,021744 Benzil Alkohol 566,99 677 45,99062 0,021744 Oksigen 114,02 154,6 49,83962 0,020064 H2O 438,59 647,1 217,6616 0,004594
Universitas Sumatera Utara
-
Perhitungan untuk masing masing komponen:
1. Toluena: = 148,89
25Cp dT 422,04298,15 Cpl dT
= 106.472,47 kJ/kmol
= 0,574 kmol/jam . 106.472,47 kJ/kmol 148,899
tol 25N Cp dT
dT
dT
= 61.115,2 kJ/jam.
2. Asam Benzoat : = 148,89
25Cp dT 422,04298,15 Cpl dT
= 41.894,47 kJ/kmol 148,899
AsBen 25N Cp dT = 7,661 kmol/jam . 41.894,47 kJ/kmol = 320.966,5 kJ/jam
3. Benzaldehide : = 148,89
25Cp dT 422,04298,15 Cpl dT
= 31.319,18 kJ/kmol 148,899
Benz 25N Cp dT = 1,279 kmol/jam . 31.319,18 kJ/kmol = 40051,952 kJ/jam
4. Benzil Alkohol : = 148,89
25Cp dT 422,04298,15 Cpl dT
= 40.105,82 kJ/kmol 148,899
BenAl 25N Cp = 2,566 kmol/jam . 40.105,82 kJ/kmol = 102905,042 kJ/jam
5. Mangan Asetat : = 148,89
25Cp dT 422,04298,15 Cps dT
= 47.944,691 kJ/kmol 148,899
MnAs 25N Cp dT = 0,099 kmol/jam . 47.944,691 kJ/kmol = 4734,993 kJ/jam
6. Air : = 148,89
25Cp dT BP298,15 Cpl dT
= 10252,03 kJ/kmol
2
148,899H O 25
N Cp = 0,173 kmol/jam . 10252,03 kJ/kmol = 1772,029 kJ/jam
Universitas Sumatera Utara
-
Tabel LB.20 Panas keluar Reaktor (R-101) alur 9
Komponen
N9 (kmol/jam)
dTCpBP
l298
)( Hvl
(kJ/kmol)
422,04
( )gBP
Cp dT
422,049
298
N Cp d
Reaksi:
1. Reaksi pembentukan asam benzoat
C6H5CH3 (l) + 32
O2 (g) 2+
0 0 0
2Mn [O ] C6H5COOH (l) + H2O (g)
T
Toluena 0,574 106472,47 61115,195Asam Benzoat 7,661 41894,47 320966,533MnAs 0,099 284,82 47944,691Benzaldehide 1,279 31319,18 40051,953Benzil Alkohol 2,566 40105,82 102905,042H2O 0,173 10252,03 1772,0293
Total 574.755,442 kJ/jam
r1= 6,965 kmol/jam
Panas reaksi pada keadaan standar:
f produk f ReaktanHr = (H - H )
0
rH = [(H0f , AsBen + H0f , Air) (H0f, Toluena)] = [(-290,10 + (-241,80)) - (50,20)] kJ/mol
= -582,1 kJ/mol = -582.100 kJ/kmol
Panas reaksi pada 148,89oC = 422,04 K
Hr(422,04) = + + - 0rH422,04
(l)AsBen298,15
Cp dT 2
422,04
H O298,15
Cp dT
422,04
(l)tol298,15
Cp dT
= -582.100 - 41.894,47 - 52357,78 + (106472,47)
= -569.879,784 kJ/kmol.
r1= 6,965 kmol/jam
0r 1422,04 KQ = Hr .r
=-569.879,784 kJ/kmol . (6,965 kmol/jam) = -3.967.336,868 kJ/jam.
Universitas Sumatera Utara
-
2. Reaksi pembentukan benzil alkohol
C6H5CH3 (l) + 12
O2 (g) 2+
0 0 0
2Mn [O ] C6H5CH2OH (l)
r2 = 2,566 kmol/jam
Panas reaksi pada keadaan standar:
f produk f ReaktanHr = (H - H )
0
rH = [(H0f , BenAl) (H0f, Toluena)] = [(-100,40) - (50,20)] kJ/mol
= -150,6 kJ/mol = -150.600 kJ/kmol
Panas reaksi pada 148,89oC = 422,04 K
Hr(422,04) = + - 0rH422,04
(l)BenAl298,15
Cp dT
422,04
(l)tol298,15
Cp dT
= -150.600 - 40.105,82 + (106472,47)
= -84.233,357 kJ/kmol.
R2= 2,566 kmol/jam
0r 2422,04 KQ = Hr .r
=-84.233,357 kJ/kmol . (2,566 kmol/jam) = -216.129,1477 kJ/jam
3. Reaksi pembentukan benzaldehide
C6H5CH3 (l) + O2 (g) 2+
0 0 0
2Mn [O ] C6H5CHOH (l) +H2O (g)
r3= 1,279 kmol/jam
Panas reaksi pada keadaan standar:
f produk f ReaktanHr = (H - H )
0
rH = [(H0f , Benz+ H0f , Air) (H0f, Tol)] = [(-36,8+ -241,8) - (50,20)] kJ/mol
= -328,8 kJ/mol = -328.800 kJ/kmol
Panas reaksi pada 148,89oC = 422,04 K
Hr(422,04) = + + - 0rH422,04
(l)Benz298,15
Cp dT
422,04
(l)air298,15
Cp dT
422,04
(l)tol298,15
Cp dT
Universitas Sumatera Utara
-
= -328.800 31.319,18 - 52357,78 + (106472,47)
= -306.004,492 kJ/kmol.
r3= 1,279 kmol/jam
0r 2422,04 KQ = Hr .r
=-306.004,492 kJ/kmol . (1,279 kmol/jam) = -390983,737 kJ/jam
Total Panas Reaksi = =-4.574.449,754 kJ/jam 1 2Hr + Hr + Hr3
T
Alur 7
Panas keluar reaktor = 422,04
7S
BP
N Cp d
Oksigen (O2) 148,89
25Cp dT = 422,04298,15 Cpg dT
422,04148,89 -02 -05 2 -08 3 -11 4
298,15298,15
Cp dT 29,9 + -1,14.10 T + 4,34.10 T + -3,70.10 T + 1,01.10 T dT = 2
-02 -05 -082 2 3 3 4 4
2 1 1 2 1 2 1
-115 52 1
-1,14.10 4,34.10 -3,70.1029,9 (T -T ) + (T -T ) + (T -T ) + (T -T ) 2 3 4
1,01.10+ (T -T )5
-02 -052 2 3 3
-08 -114 4 5 5
-1,14.10 4,34.1029,9 (422,04-298,15) + (422,04 -298,15 ) + (422,04 -298,15 ) 2 3
-3,70.10 1,01.10+ (422,04 -298,15 ) + (422,04 -298,15 )4 5
( )148,897oks BPN Cp dT + Hvl = 150.889,844 kJ/jam Uap Air
148,89
BPCp dT = 422,04BP Cpg dT
422,04148,89 -03 -05 2 -08 3 -12 4
BP328,31
Cpg dT 34,0 + -9,65.10 T + 3,30.10 T + -2,04.10 T + 4,30.10 T dT = -03 -05
2 2 3 32 1 2 1 2 1148,89
-08 -12BP4 4 5 52 1 2 1
-9,65.10 3,30.1034,0(T -T ) + (T -T ) + (T -T ) 2 3Cpg dT=
-2,04.10 4,30.10+ (T -T ) + (T -T )4 5
Universitas Sumatera Utara
-
-03 -052 2 3 3
148,89
-08 -12BP4 4 5 5
-9,65.10 3,30.1034,0(422,04-BP) + (422,04 -BP ) + (422,04 -BP ) 2 3Cpg dT=
-2,04.10 4,30.10+ (422,04 -BP ) + (422,04 -BP )4 5
= 1180,221 kJ/kmol
148,89
BPCpg dT
N7H2O . = 8,519 kmol /jam . (1180,221+40656,2) kJ/kmol 148,89
BPCpg dT + Hvl
= 443741,5386 kJ/jam
Toluena: = 148,8925
Cp dT 422,0425 Cp dT = 140692,25 kJ/kmol
= 0,574 kmol/jam . 140692,25 kJ/kmol 148,897
tol 25N Cp dT
= 80757,35401 kJ/jam
Perhitungan Kebutuhan Air Pendingin
dTdQ = Qr + Hout - Hin
= - 4.574.449,754 kJ/jam + 1.214.165,77 kJ/jam - 1.354.644,97 kJ/jam
= - 4.606.240,04 kJ/jam
Tanda negatif (-) menunjukkan bahwa sistem melepaskan kalor.
Media pendingin yang digunakan adalah air pendingin yang masuk pada suhu
28 0C dan keluar 60 0C.
Air pendingin = H(280C) = 117,3 kJ/kg
= H(600C) = 251,1 kJ/kg
Air pendingin yang dibutuhkan :
= 0 0/
(28 ) (60 )dQ dT
H C H C
= - 5.399.213,124 kJ/jam(117,3 251,1) kJ/kg
= 34426,308 kg/jam.
Universitas Sumatera Utara
-
Tabel LB.21 Neraca Panas Reaktor (R-101)
Masuk
(kJ/jam) Keluar
(kJ/jam) Umpan 1.246.014,570 -Produk - 1.214.165,77 Panas Reaksi r.Hr 4.574.449,754 -Panas yang dilepaskan - 4.606.240,04Total 5.820.464,32 5.820.464,32
LB.5 Kondensor (E-104)
Produk keluaran reaktor (R-101) yang berupa uap akan dikondensasikan
dengan kondensor (E-104) pada temperatur 133 0C untuk mendapatkan komponen
komponen masing masing dalam fasa cair sehingga akan mempermudah proses
recycle ke dalam reaktor kembali.
148,890C 1330C
Air Pendingin (280C)
Air Pendingin bekas (600C)
Neraca panas masuk Kondensor (T = 148,890C)
Air (H2O) 148,89
25
Cp dT = = + HVL + 422,04298,15
Cp dTBP
298,15
Cpl dT422,04
gBP
Cp dT = 52088,45 kJ/kmol
Qin = n.Cp.dT
= n (Cpl dT + HVL + Cpg dT )
= 8,764 kmol/jam (52088,45) kJ/kmol
= 456.491,1 kJ /jam
Kondensor Air (l)
Tol (l)
Air (g)
Tol (g)
Oksigen
Universitas Sumatera Utara
-
Oksigen 148,89
25
Cp dT = = HVL + 422,04298,15
Cp dT422,04
gBP
Cp dT = 17.217 kJ/kmol
Qin = n.Cp.dT
= n (Cpl dT + HVL + Cpg dT )
= 8,519 kmol/jam (17.217) kJ/kmol
= 146675,577 kJ /jam
Toluena 148,89
25
Cp dT = = + HVL + 422,04298,15
Cp dTBP
298,15
Cpl dT422,04
gBP
Cp dT = 140692,25 kJ/kmol
Qin = n.Cp.dT
= n (Cpl dT + HVL + Cpg dT )
= 0,574 kmol/jam (140692,25) kJ/kmol
= 80757,354 kJ /jam
Tabel LB.22 Panas masuk kondensor (E-104)
Komponen
N7 (kmol/jam)
dTCpBP
l298
)( Hvl
(kJ/kmol)
422,04
( )gBP
Cp dT
422,047
298
N Cp d
T
Toluena 0,574 106472,47 33.460,60 759,189 80757,354Oksigen 8,519 - 6.726 10491,46 146675,577
H2O 8,764 10252,03 40.656,2 1180,221 456491,074
Total 683924,005 kJ/jam
Neraca panas keluar kondensor (T = 1330C)
Air (H2O) 133
25
Cp dT = = 406,15298,15
Cp dT406,15
298,15
Cpl dT = 8205,004 kJ/kmol
Universitas Sumatera Utara
-
Qout = n.Cp.dT
= 8,764 kmol/jam (8205,004) kJ/kmol
= 71906,74 kJ /jam
Oksigen 133
25
Cp dT = = 406,15298,15
Cp dT406,15
298,15
Cpl dT = 3656,762 kJ/kmol
Qout = n.Cp.dT
= n Cpl dT
= 8,519 kmol/jam (3656,762) kJ/kmol
= 31151,95 kJ /jam
Toluena 133
25
Cp dT = = 406,15298,15
Cp dT406,15
298,15
Cpl dT = 140692,25 kJ/kmol
Qin = n.Cp.dT
= n Cpl dT
= 0,574 kmol/jam (59372,44) kJ/kmol
= 34079,78 kJ /jam
Tabel LB.23 Panas keluar kondensor (E-104)
Komponen
N11 (kmol/jam)
dTCpBP
l298
)( 406,48
11
298
N Cp d T
Toluena 0,574 59372,44 34079,78 Air 8,764 8205,004 71906,74
Oksigen 8,519 3656,762 31151,95 Total 137138,5
Panas yang dilepaskan
= Qout - Qin
= (137138,5 683924) kj/jam
= -546785,53 kj/jam
Universitas Sumatera Utara
-
Media pendingin yang digunakan adalah air yang masuk pada suhu 28 0 C
dan keluar pada suhu 600 C. Air pendingin yang diperlukan :
Entalpi Air pendingin pada 28oC : H(28oC)= 117,43 kJ/kg
Entalpi Air pendingin pada 60oC : H(600C)= 251,1 kJ/kg (Geankoplis,
2003)
Massa Air pendingin yang diperlukan:
0 0
Q -546785,53 kJ/jamm H(28 C) - H(60 C) kJ/kg
= =
= -2.786.515 kJ/jam117,3 251,1 kJ/kg
= 4086,588 kg/Jam
Tabel LB.24 Neraca Panas Kondensor (E-104)
Masuk (kJ/jam) Keluar
(kJ/jam) Umpan 683.924 -
Produk - 137.138,5
Panas yang dilepas - 546.785,5
Total 683.924 683.924
LB.6 Cooler (E-201)
ToluenaAsam BenzoatBenzaldehide
Benzil AlkoholAir
148,89 oC 30oC
ToluenaAsam BenzoatBenzaldehide
Benzil AlkoholAir
28 oC
kas 60 oC
9 10
Air pendingin
Air Pendingin Be
Universitas Sumatera Utara
-
Tabel LB.25 Panas masuk Cooler (E-201) alur 9
Komponen
N9 (kmol/jam)
dTCpBP
l298
)( Hvl
(kJ/kmol)
466,48
( )gBP
Cp dT
466,489
298
N Cp d
T
Toluena 0,574 106472,47 61115,195Asam Benzoat 7,661 41894,47 320966,533MnAs 0,099 47944,69 4746,524Benzaldehide 1,279 31319,18 39311,073Benzil Alkohol 2,566 40105,82 104844,451H2O 0,173 10252,03 1772,0293
Total 539987,090 kJ/jam
Neraca Panas Keluar Cooler (E-201)
1. Toluena: = 30
25Cp dT 303,15298,15 Cpl dT
= 2135,185 kJ/kmol
= 0,574 kmol/jam . 2135,185 kJ/kmol 3010
tol 25N Cp d T
dT
T
dT
= 1225,596 kJ/jam.
2. Asam Benzoat : = 30
25Cp dT 303,15298,15 Cpl dT
= 1099,407 kJ/kmol 3010
AsBen 25N Cp = 7,661 kmol/jam . 1099,407 kJ/kmol = 8422,900 kJ/jam
3. Benzaldehide : = 30
25Cp dT 303,15298,15 Cpl dT
= 861,958 kJ/kmol 3010
Benz 25N Cp d = 1,279 kmol/jam . 861,958 kJ/kmol = 1081,909 kJ/jam
4. Benzil Alkohol : = 30
25Cp dT 303,15298,15 Cpl dT
= 1118,382 kJ/kmol 3010
BenAl 25N Cp = 2,566 kmol/jam . 1118,382 kJ/kmol
Universitas Sumatera Utara
-
= 2923,668 kJ/jam
5. Mangan Asetat : = 30
25Cp dT 303,15298,15 Cps dT
= 1424,100 kJ/kmol 3010
MnAs 25N Cp dT = 0,109 kmol/jam . 1424,100 kJ/kmol = 154,708 kJ/jam
6. Air : = 30
25Cp dT 303,15298,15 Cpl dT
= 374,705 kJ/kmol 3010
H2O 25N Cp d T = 0,173 kmol/jam . 374,705 kJ/kmol = 64,767 kJ/jam
Tabel LB.26 Panas keluar Cooler (E-201) alur 10
Komponen
N10 (kmol/jam)
dTCpBP
l298
)( 422,04
10
298
N Cp d T
Toluena 0,574 2135,185 1225,596 Asam Benzoat 7,661 1099,407 8422,900 MnAs 0,099 1424,100 154,708 Benzaldehide 1,279 861,958 1081,909 Benzil Alkohol 2,566 1118,382 2923,668 H2O 0,173 374,705 64,767 Total 12,352 13.873,548
Panas yang dilepaskan
= Qout - Qin
= (13.873,548 540.449,058) kj/jam
= -526.575,51 kj/jam
Media pendingin yang digunakan adalah air yang masuk pada suhu 28 0 C
dan keluar pada suhu 600 C. Air pendingin yang diperlukan :
Entalpi Air pendingin pada 28oC : H(28oC)= 117,43 kJ/kg
Entalpi Air pendingin pada 60oC : H(600C)= 251,1 kJ/kg
Massa Air pendingin yang diperlukan:
0 0
Q -526.575,51 kJ/jamm H(28 C) - H(60 C) kJ/kg
= =
Universitas Sumatera Utara
-
= -526.575,51 kJ/jam117,3 251,1 kJ/kg
= 3.935,541 kg/Jam
Tabel LB.27 Neraca Panas Cooler (E-201)
Masuk
(kJ/jam)
Keluar
(kJ/jam)
Umpan 540.449,058 -
Produk - 13.873,548
Panas yang dilepaskan - 526.575,51
Total 540.449,058 540.449,058
LB.7 Heater (E-106)
Pada heater terjadi kenaikan suhu sebelum masuk ke dalam flash
drum dan terjadi pemisahan uap dengan cair secara flash distillation.
Panas Masuk Heater : Alur 15
Tin = 190oC = 463,15 K
P = 119 mmHg = 0,1565 atm
Panas masuk alur 15 463,15
15senyawa
298,15
N Cpl dT =
1. Toluena
= 2135,185 kJ/kmol. 190
25Cpl dT
N15tol. = 0,574 kmol /jam . 2135,185 kJ/kmol. 190
25Cpl dT
Universitas Sumatera Utara
-
= 1225,596 kJ/jam
2. H2O (air)
= 374,705 kJ/kmol. 190
25Cpl dT
N15air . = 0,173 kmol/jam. 374,705 kJ/kmol. 190
25Cpl dT
= 64,767 kJ/jam
3. Asam Benzoat
= 1099,407 kJ/kmol. 190
25Cpl dT
= 7,661kmol/jam . 1099,407 kJ/kmol 19015
AsBen 25N Cp dT = 8422,900 kJ/jam
4. Benzaldehide
= 861,958 kJ/kmol. 190
25Cpl dT
= 1,279 kmol/jam . 861,958 kJ/kmol 19015
Benz 25N Cp d T
dT
= 1081,909 kJ/jam
5. Benzil Alkohol
= 1118,382 kJ/kmol. 190
25Cpl dT
= 2,566 kmol/jam . 1118,382 kJ/kmol 19015
BenAl 25N Cp = 2923,668 kJ/jam
Tabel LB.28 Neraca Panas Masuk (alur 15) Heater (E-106)
Komponen N15
(kmol/jam)
463,15
( )298,15
lCp dT
463,1515
298,15
N Cp d T
Toluena 0,574 2135,185 1225,596 Asam Benzoat 7,661 1099,407 8422,900 Benzaldehide 1,279 861,958 1081,909 Benzil Alkohol 2,566 1118,382 2923,668 H2O 0,173 374,705 64,767 Total 12,278 13718,840
Universitas Sumatera Utara
-
Panas Keluar Heater : Alur 16
Tout : 200oC
Pout : 0,1565 atm.
Sebagian komponen berubah fasa menjadi fasa uap.
Panas keluar alur 16 473,15
16senyawa
298,15
N Cp dT =
1. Toluena
Hvl = 33.460,60 kJ/kmol
= 23.410,674 kJ/kmol 200
25Cpg dT
N16tol. ( )473,15298,15 Cpg dT+Hvl = 0,574 kmol /jam.(23.410,674 +33.460,6) kJ/kmol = 32644,11 kJ/jam
2. H2O (air)
Hvl = 40.656 kJ/kmol
= 5983,1 kJ/kmol 200
25Cpg dT
N16air. ( )473,15298,15 Cpg dT+Hvl = 0,016 kmol /jam . 46.639,30 kJ/kmol. = 732,859 kJ/jam.
3. Asam Benzoat
Hvl = 58.272 kJ/kmol
= 23660,6266 kJ/kmol 200
25Cpg dT
N16asben. ( = 0,696 kmol /jam . 81.932,63 kJ/kmol. )473,15298,15 Cpg dT+Hvl = 57064,66 kJ/jam.
4. Benzaldehide
Hvl = 41.087 kJ/kmol
= 24.886,5964 kJ/kmol 200
25Cpg dT
N16benz. ( = 0,1141 kmol /jam . 65.973,60 kJ/kmol = 7.528,041 kJ/jam.
)473,15298,15 Cpg dT+Hvl
Universitas Sumatera Utara
-
5. Benzil Alkohol
Hvl = 49.244 kJ/kmol
= 25412,8323 kJ/kmol 200
25Cpg dT
N16benAl. = 0,238 kmol /jam.74.656,83 kJ/kmol ( )473,15298,15 Cpg dT+Hvl = 17.742,504 kJ/jam.
Tabel LB.29 Neraca Panas Keluar (Alur 16a) Heater (E-106)
Panas Keluar Heater : Alur 16
Sebagian komponen menjadi fasa cair.
Tout : 200oC
Pout : 0,1565 atm.
Panas keluar alur 16 473,15
16senyawa
298,15
N Cp dT =
1. H2O (air)
= 10842,578 kJ/kmol. 200
25Cpl dT
N16air . = 0,1571 kmol/jam. 10842,578 kJ/kmol. 200
25Cpl dT
= 1.703,7299 kJ/jam
2. Asam Benzoat
= 43723,354 kJ/kmol. 200
25Cpl dT
= 6,9648 kmol/jam . 43723,354 kJ/kmol 20016
AsBen 25N Cpl dT
Komponen N16
(kmol/jam) Hvl 473,15
Cp dT ( )298,15
g
473,15
( )298,15
gCp dT +Hvl
473,1516
298,15
N Cp d
T
Toluena 0,574 33.460,60 23.410,674 56.871,274 32.644,111Asam Benzoat 0,696 58.272,00 23.660,627 81.932,627 57.064,656Benzaldehide 0,1141 41.087,00 24.886,596 65.973,596 7.528,041Benzil Alkohol 0,238 49.244,00 25.412,832 74.656,832 17.742,504H2O 0,016 40.656,20 5.983,100 46.639,300 732,859Total 1,638 115.712,171
Universitas Sumatera Utara
-
= 304.525,5971 kJ/jam
3. Benzaldehide
= 32678,966 kJ/kmol. 200
25Cpl dT
= 1,1411 kmol/jam . 32678,966 kJ/kmol 20016
Benz 25N Cpl dT = 37.288,9471 kJ/jam
4. Benzil Alkohol
= 41822,695 kJ/kmol. 200
25Cpl dT
= 2,376 kmol/jam . 41822,695 kJ/kmol 20016
BenAl 25N Cpl dT = 99.393,3566 kJ/jam
Tabel LB.30 Neraca Panas Keluar (alur 16) Heater (E-106)
Panas yang dibutuhkan :
Q = Q out Q in
= (442.911,6279 + 115.712,171 - 13718,840) kJ/jam
= 544.904,9589 kJ/jam.
= 1.938,6 kJ/kg
Massa steam yang diperlukan:
Q 544.904,9589 kJ/jamm 1.938,6 kJ/kg
= =
= 281,081 kg/Jam
Tabel LB.31 Neraca Panas Heater (E-106)
Masuk Keluar
Komponen N16
(kmol/jam)
473,15
298,15
Cp dT 473,1516298,15
N Cp d T
Asam Benzoat 6,9648 43723,354 304.525,5943 Benzaldehide 1,1411 32678,966 37.288,9471 Benzil Alkohol 2,3765 41822,695 99.393,3566 H2O 0,1571 10842,578 1.703,7299
Total 10,6396 442.911,6279
Universitas Sumatera Utara
-
(kJ/jam) (kJ/jam) Umpan 13718,8401 -Produk - 558.623,7990 Panas yang diperlukan 544.904,9589 -Total 558.623,7990 558.623,7990
LB. 8 Kondensor (E-105)
Panas yang masuk k