perhitungan neraca massa perancangan pabrik isobutylene kapasitas 15000 ton/ tahun
TRANSCRIPT
-
8/10/2019 Perhitungan Neraca Massa Perancangan Pabrik Isobutylene Kapasitas 15000 Ton/ Tahun
1/13
PERHITUNGAN NERACA MASSA
1. Spesifikasi Bahan Baku
Tert-Butyl Alkohol
Komposisi (% berat) : tert-Butyl Alkohol (C4H10O) = 99,5 %
Air (H2O) = 0.4 %
Isobutanol (C4H10O) = 0.1 %
2. Spesifikasi Produk
Isobutylene (C4H8) = 99.75%
Air (H2O) = 0.20 %
Tert-Butyl Alkohol (C4H10O) = 0.05 %
3. Kapasitas Pabrik
Kapasitas pabrik per tahun : 15.000 ton/tahun
Kapasitas pabrik per jam :
jam
kg1893,9394
jam24
hari1x
hari330
tahun1x
ton1
kg1.000x
tahun
ton15.000
4. Berat Molekul
Isobutylene (C4H8) = 56,11 kg/kmol
Tert-Butyl Alkohol (C4H10O) = 74,125 kg/kmol
Air (H2O) = 18,015 kg/kmol
Isobutanol (C4H10O) = 74,122 kg/kmol
-
8/10/2019 Perhitungan Neraca Massa Perancangan Pabrik Isobutylene Kapasitas 15000 Ton/ Tahun
2/13
5. Perhitungan
a. Reaktor
Umpan masuk : 10000 kg/jam tert-butyl alkohol
Komposisi umpan : tert-butyl alkohol = 9950 kg/jam = 134,2327 kmol/jam
Air = 40 kg/jam = 2,2204 kmol/jam
Isobutanol = 10 kg/jam = 0,1349 kmol/jam
Konversi = 73,63 %
Karena arus 9 belum diketahui jumlahnya, maka dicoba menggunakan trial
komponen umpan masuk reaktor.
Reaktor
Separator
Menara
Destilasi
1
2
3
5
6
4
7
8
9
2 3REAKTOR
9
1
-
8/10/2019 Perhitungan Neraca Massa Perancangan Pabrik Isobutylene Kapasitas 15000 Ton/ Tahun
3/13
Reaksi :
C4H10O C4H8 + H2O
Mula-mula : 169,8779
Bereaksi : 125,0811 125,0811 125,0811
Sisa : 44,7968 125,0811 125,0811
- Mol C4H10O umpan = Arus 1 + Arus 9
= 134,2327 + 35,6452
= 169,8779 mol
C4H10O bereaksi = 73,63% x 169,8779 mol
= 125,0811 mol
C4H10O tidak bereaksi/sisa = C4H10O umpanC4H10O bereaksi
= 169,8779125,0811
= 44,7968 mol
- C4H8terbentuk direaktor = C4H10O bereaksi
= 125,0811 mol
C4H8masuk reaktor = Arus 1 + Arus 9
= 0 mol
C4H8keluar reaktor = C4H8terbentuk + C4H8masuk reaktor
= 125,0811 mol
- H2O masuk reaktor = Arus 1 + Arus 9
= 2,2204 + 490,2213
= 492,4416 mol
H2O terbentuk direaktor = C4H10O bereaksi
= 125,0811 mol
H2O keluar reaktor = H2O masuk reaktor + H2O terbentuk
direaktor
= 492,4416 + 125,0811
= 617,5227 mol
-
8/10/2019 Perhitungan Neraca Massa Perancangan Pabrik Isobutylene Kapasitas 15000 Ton/ Tahun
4/13
-
Isobutanol masuk reaktor = Arus 1 + Arus 9
= 0,1349 + 0,3474
= 0,4823 mol
Isobutanol terbentuk di reaktor = 0 mol
Isobutanol keluar reaktor = Isobutanol masuk reaktor + isobutanol
terbentuk di reaktor
= 0,4823 + 0
= 0,4823 mol
KomponenMasuk Keluar
Arus 1 Arus 9 (trial) Arus 3
C4H8 0 0 7018,3009
C4H10O 9950 2642,2002 3320,5632
H2O 40 8831,3360 11124,6721
Isobutanol 10 25,7496 35,7496
total
10000 11499,2858 21499,2858
21499,2858 21499,2858
b. Separator
Untuk komponen selain C4H8distribusi komponen di fase uap dan fase cair
ditentukan dengan flash calculation
Persamaan yang digunakan :
Separator3
-
8/10/2019 Perhitungan Neraca Massa Perancangan Pabrik Isobutylene Kapasitas 15000 Ton/ Tahun
5/13
( )
Algoritma perhitungan :
Data : P, T, zi, F
Menghitung Ki = f(P, T, zi)
Tebak V/F
NOT OK
Menghitung yi - xi = 0
OK
Menghitung V dan L
Diperoleh hasil V/F = 0,1651459
Komponen zi Po Ki xi yi
C4H8 0,1588 8,7208E-06 2,5499E-09 0,16 0,96
C4H10O 0,0569 1,5400E-19 4,5029E-23 0,06 0,00
H2O 0,7838 5,9717E-15 1,7461E-18 0,79 0,04
Isobutanol 0,0006 1,6277E-23 4,7593E-27 0,00 0,00
Maka, F = 787,8830 kmol/jam
V = 130,1156 kmol/jam
L = 657,7673 kmol/jam
-
8/10/2019 Perhitungan Neraca Massa Perancangan Pabrik Isobutylene Kapasitas 15000 Ton/ Tahun
6/13
Komponen F, kmol/jam L, kmol/jam V, kmol/jam
C4H
8 125,0811 0,0000 125,0811
C4H10O 44,7968 44,5565 0,2403
H2O 617,5227 612,7766 4,7462
Isobutanol 0,4823 0,4342 0,0481
total 787,8830 657,7673 130,1156
KomponenMasuk Keluar
Arus 3 Arus 4 Arus 5
C4H8 7018,3009 7018,3009 0
C4H10O 3320,5632 17,8129 3302,7502
H2O 11124,6721 85,5021 11039,1700
Isobutanol 35,7496 3,5626 32,1871
total21499,2858 77125,1786 14374,1073
21499,2858 21499,7687
c. Purging and Recycle
Asumsi:
- Arus 9 (Recycle) = 80% Arus 5
-
Arus 6 (Purging) = 20% Arus 5
9 5
6
59
-
8/10/2019 Perhitungan Neraca Massa Perancangan Pabrik Isobutylene Kapasitas 15000 Ton/ Tahun
7/13
KomponenMasuk Keluar
Arus 5 Arus 9 (recycle) Arus 6 (trial)
C4H8 0 0 0
C4H10O 3302,7502 2642,2002 660,5500499
H2O 11039,1700 8831,3360 2207,8340
Isobutanol 32,1871 25,7496 6,4374
total14374,1073 11499,2858 2874,8215
14374,1073 14374,1073
d. Menara Destilasi
Asumsi Komposisi Arus 7 :
- C4H8 = 99,75 %
-
C4H10O = 0,20 %
-
H2O = 0,05 %
- Isobutanol = 0 %
Menara
Destilasi4
7
8
-
8/10/2019 Perhitungan Neraca Massa Perancangan Pabrik Isobutylene Kapasitas 15000 Ton/ Tahun
8/13
KomponenMasuk Keluar
Arus 4 Arus 7 Arus 8
C4H8 7018,3009 7018,3009 0,0000
C4H10O (LK) 17,8129 14,0718 3,7412
H2O (HK) 85,5021 3,5179 81,9842
Isobutanol 3,5626 0,0000 3,5626
total7125,1156 7035,8906 89,2880
7125,1786 7125,1786
- Cek persamaan Fenske
LK = C4H10O HK = H2O
a. Menghitung Dew Point
Trial Tdew = 43,3285399 oC = 313,217822 K
P = 4,5 atm = 3410,00945 mmHg
Komponen zi Xi Po Ki yi
C4H8 125,0811 0,9969 3881,1143 1,1348 0,8785
C4H10O 0,1898 0,0015 123,9873 0,0363 0,0417
H2O 0,1953 0,0016 66,0223 0,0193 0,0806
Isobutanol 0,000 0,0000 35,6017 0,0104 0,0000
total 125,4662 1,0000 1,0008
b.
Menghitung Bubble Point
Trial Tbubble= 148,394518oC = 421,544518 K
P = 4,5 atm = 3420,0095 mmHg
Komponen zi xi Po Ki yi
C4H8 0,0000 0,0000 31464,5073 9,2001 0,0000
C4H10O 0,0505 0,0109 5825,9508 1,7035 0,0064
H2O 4,4409 0,9788 3413,1201 0,9980 0,9808
Isobutanol 0,0481 0,0103 2737,2334 0,8004 0,0129
Total 4,6494 1,0000 1,0001
-
8/10/2019 Perhitungan Neraca Massa Perancangan Pabrik Isobutylene Kapasitas 15000 Ton/ Tahun
9/13
c.
Menghitung average
KomponenT
top T
bottom
averageKi top Ki bottom
C4H8 1,1348 58,7849 9,2001 9,2187 23,2792
C4H10O 0,0363 1,8780 1,7035 1,7069 1,7904
H2O 0,0193 1,0000 0,9980 1,0000 1,0000
Isobutanol 0,0104 0,5392 0,8004 0,8020 0,6576
d.
Cek distribusi
Komponen average fi di bi
C4H8 23,2792 125,0811 125,0811 0,0000
C4H10O (LK) 1,7904 0,2403 0,1898 0,0505
H2O (HK) 1,0000 4,7462 0,1953 4,4409
Isobutanol 0,6576 0,0481 0,000 0,0481
Total 130,1156 125,4662 4,6494
LK = di/bi =
HK = di/bi =
-
8/10/2019 Perhitungan Neraca Massa Perancangan Pabrik Isobutylene Kapasitas 15000 Ton/ Tahun
10/13
Komponen i fi di/bi bi Di xid
C4H8 23,2792 125,0811 1,35E+09 0,0000 125,0811 0,9969
C4H10O 1,7904 0,2403 3,76E+00 0,0505 0,1898 0,0015
H2O 1,0000 4,7462 4,29E-02 4,4409 0,1953 0,0016
Isobutanol 0,6576 0,0481 1,72E-03 0,0481 0,000 0,0000
total 130,1156 4,6494 125,4662 1,0000
Produk C4H8berdasarkan perhitungan = 7035,8906
Produk C4H8berdasarkan perancangan = 1893,9394
-
8/10/2019 Perhitungan Neraca Massa Perancangan Pabrik Isobutylene Kapasitas 15000 Ton/ Tahun
11/13
NERACA MASSA PERANCANGAN
1 Reaktor
Komponen BM
Arus Masuk Arus Keluar
Arus 1 Arus 9 Arus 3
kmol/jam kg/jam kmol/jam kg/jam kmol/jam kg/jam
C4H8 56,11 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 33,6697 1889,2025
C4H10O 74,125 36,1331 2678,3670 9,5951 711,2343 12,0585 893,8379
H2O 18,015 0,5977 10,7673 131,9590 2377,2421 166,2264 2994,5683
Isobutanol 74,122 0,0363 2,6918 0,0935 6,9314 0,1298 9,6232
total 36,7671 2691,8261 141,6476 3095,4078 212.0844 5787,2339
5784,2398 5787,2339
2 Separator
Komponen BM
Arus Masuk Arus Keluar
Arus 3 Arus 4 Arus 5
kmol/jam kg/jam kmol/jam kg/jam kmol/jam kg/jamC4H8 56.11 33,6697 1889,2025 33,6697 1889,2045 0,0000 0,0000
C4H10O 74.125 12,0585 893,8379 0,0647 4,7949 11,9938 889,0429
H2O 18.015 166,2264 2994,5683 1,2776 23,0157 164,9488 2971,5526
Isobutanol 74.122 0,1298 9,6232 0,0129 0,9590 0,1169 8,6642
total 211,0844 5787,2339 35,0249 1917,9742 177,0595 3869,2597
5787,2339 5787.2339
-
8/10/2019 Perhitungan Neraca Massa Perancangan Pabrik Isobutylene Kapasitas 15000 Ton/ Tahun
12/13
3 Menara Destilasi
Komponen BM
Arus Masuk Arus Keluar
Arus 4 Arus 7 Arus 8
kmol/jam kg/jam kmol/jam kg/jam kmol/jam kg/jam
C4H8 56.11 33,6697 1889,2045 33,6697 1889,2045 0,0000 0,0000
C4H10O 74.125 0,0647 4,7949 0,0511 3,7879 0,0136 1,0071
H2O 18.015 1,2776 23,0157 0,0526 0,9470 1,2250 22,0687
Isobutanol 74.122 0,0129 0,9590 0,0000 0,0000 0,0129 0,9590
total 35.0249 1917.9742 33,7733 1893,9394 1,2515 24,03481917.9742 1917,9742
Neraca Massa Total
KomponenMasuk Keluar
Arus 1 Arus 6 Arus 7 Arus 8
C4H8 0,0000 0,0000 1889,2045 0,0000
C4H10O 2678,3670 177,8086 3,7879 1,0071H2O 10,7673 594,3105 0,9470 22,0687
Isobutanol 2,6918 1,7328 0,0000 0,9590
total2691,8261 773,8519 1893,9394 24,07348
2691,8261 2691,8261
-
8/10/2019 Perhitungan Neraca Massa Perancangan Pabrik Isobutylene Kapasitas 15000 Ton/ Tahun
13/13
TUGAS PERANCANGAN PABRIK KIMIA
NERACA MASSA DAN ENERGI
PRARANCANGAN PABRIK ISOBUTYLENE DARI
tert-BUTYL ALKOHOL DENGAN KAPASITAS 15.000
TON/TAHUN
Disusun oleh :
1. Jagis Rama Wijaya I0510021
2.
Josita Kusumadewi I0510022
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2014