LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA ENERGIdigilib.unila.ac.id/4277/22/LAMPIRAN B.pdf · ∆H = Perubahan...

25
LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA ENERGI Dari hasil perhitungan neraca massa selanjutnya dilakukan perhitungan neraca energi. Perhitungan neraca energi didasarkan pada : Basis : 1 jam operasi Satuan panas : kJ Temperatur referensi : 25 o C (298,15 K) Neraca Energ i: {(Energi masuk ) (Energi keluar) + (Generasi energi) (Konsumsi energi)} = {Akumulasi energi} (Himmelblau,ed.6,1996) Entalpi bahan pada temperatur dan tekanan tertentu adalah : ∆H = ∆HT ∆Hf (Himmelblau,ed.6,1996) Keterangan : H = Perubahan entalpi HT = Entalpi bahan pada suhu T Hf = Entalpi bahan pada suhu referensi (25 o C) Enthalpi bahan untuk campuran dapat di rumuskan sebagai berikut : H = Σ n Cp dT (Himmelblau,ed.6,1996)

Transcript of LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA ENERGIdigilib.unila.ac.id/4277/22/LAMPIRAN B.pdf · ∆H = Perubahan...

Page 1: LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA ENERGIdigilib.unila.ac.id/4277/22/LAMPIRAN B.pdf · ∆H = Perubahan entalpi ∆H T = Entalpi bahan pada suhu T ∆H f = Entalpi bahan pada suhu referensi

B-1

LAMPIRAN B

PERHITUNGAN NERACA ENERGI

Dari hasil perhitungan neraca massa selanjutnya dilakukan perhitungan neraca

energi. Perhitungan neraca energi didasarkan pada :

Basis : 1 jam operasi

Satuan panas : kJ

Temperatur referensi : 25 oC (298,15 K)

Neraca Energ i:

{(Energi masuk ) – (Energi keluar) + (Generasi energi) – (Konsumsi energi)} =

{Akumulasi energi}

(Himmelblau,ed.6,1996)

Entalpi bahan pada temperatur dan tekanan tertentu adalah :

∆H = ∆HT – ∆Hf

(Himmelblau,ed.6,1996)

Keterangan :

∆H = Perubahan entalpi

∆HT = Entalpi bahan pada suhu T

∆Hf = Entalpi bahan pada suhu referensi (25 oC)

Enthalpi bahan untuk campuran dapat di rumuskan sebagai berikut :

∆H = Σ n Cp dT

(Himmelblau,ed.6,1996)

Page 2: LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA ENERGIdigilib.unila.ac.id/4277/22/LAMPIRAN B.pdf · ∆H = Perubahan entalpi ∆H T = Entalpi bahan pada suhu T ∆H f = Entalpi bahan pada suhu referensi

B-2

Keterangan :

∆H = Perubahan entalpi

n = mol

Cp = Kapasitas panas (J/mol.K)

dT = Perbedaan termperatur (K)

Kapasitas panas

T

T

432

T

T refref

dT)ETDTCTBT(AdTCp

)T(T4

E)T(T

4

D)T(T

3

C)T(T

2

B)TA(TdTCp 5

ref

54

ref

43

ref

32

ref

2

ret

T

Tref

Keterangan :

Cp = Kapasitas panas (J/mol K)

A,B,C,D,E = Konstanta

Tref = Temperatur referensi = 298,15 K

T = Temperatur operasi (K)

Tabel B.1. Data Cp untuk gas

Komponen A B C D E

Asetat Anhidrid 9,5000E+00 3,4425E-01 -8,6736E-05 -7,677E-08 3,6721E-11

Metil Asetat -2,2287E+01 4,8275E-01 -4,6631E-04 2,329E-07 -4,3094E-11

Water 29,52600 -8,90000x10-03 3,81000x10-05 -3,26000x10-08 8,86000x10-12

Carbonmonoxide 29,55600 -6,58000x10-03 2,01000x10-05 -1,22000x10-08 2,26000x10-12

sumber : Carl L yaws, appendix E vol 1-4

Tabel B.2. Data Cp untuk cairan

Komponen A B C D

Asetat Anhidrid 71,831 8,8879E-01 -2,6534E-03 3,3501E-06

Metil Asetat 76,129 4,3277E-01 -1,3694E-03 2,1850E-06

Water 92,05300 -0,03990 -0,00020 5,34690E-07

Carbonmonoxide -19,31200 2,50720 -0,02900 -0,00013

Page 3: LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA ENERGIdigilib.unila.ac.id/4277/22/LAMPIRAN B.pdf · ∆H = Perubahan entalpi ∆H T = Entalpi bahan pada suhu T ∆H f = Entalpi bahan pada suhu referensi

B-3

Neraca Energi tiap-tiap Komponen

1. Heater (HE-101)

Fungsi : Memanaskan metil asetat keluaran storage metil asetat

dari 30 oC menjadi 130 oC sebagai umpan masukan Reaktor

Kondisi Operasi : Tin : 30 oC = 303,15 K

Tout : 130 oC = 403,15 K

Tref : 25 oC = 298,15 K

Pop : 1 atm

Gambar. Heater (HE-101)

Keterangan :

∆Hin = Aliran panas masuk dari ST-101

∆Hout = Aliran panas keluar dari HE-101

Neraca Energi: {(∆H1 + ∆Hs in ) – (∆H2+ ∆Hs out) + (0) – (0)} = {0}

Panas aliran masuk HE-101

Tin = 30 oC = 303,15 K

T ref = 25 oC = 298,15 K

∆Hin

∆Hs in

∆Hs out

∆Hout

Page 4: LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA ENERGIdigilib.unila.ac.id/4277/22/LAMPIRAN B.pdf · ∆H = Perubahan entalpi ∆H T = Entalpi bahan pada suhu T ∆H f = Entalpi bahan pada suhu referensi

B-4

Tabel. Panas aliran masuk HE-101

Komponen kg/jam kmol ∫Cp.dt ∆H (kJ/jam)

Metil Asetat 2.035,592 27,5080 709,20604 19.508,83971

H2O 226,1768 12,565378 377,48638 4.743,25899

Total 2.261,7688 40,0734 24.252,09870

Panas aliran keluar HE-101

Tout = 130 oC = 403,15 K

T ref = 25 oC = 298,15 K

Tabel. Panas aliran keluar HE-101

Komponen kg/jam kmol ∫Cp.dt ∆H (kJ/jam)

Metil Asetat 2.035,592 27,5080 16.229,12048 446.430,64627

H2O 226,1768 12,565378 7.924,54696 99.574,92624

Total 2261,7688 40,0734 546.005.57251

Menghitung kebutuhan steam

∆H in+ ∆H steam = ∆H out

∆H steam = ∆H out -∆Hin

∆H steam = 546.005,57251 – 24.252,09870

= 521.753,47381 kJ/jam

Page 5: LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA ENERGIdigilib.unila.ac.id/4277/22/LAMPIRAN B.pdf · ∆H = Perubahan entalpi ∆H T = Entalpi bahan pada suhu T ∆H f = Entalpi bahan pada suhu referensi

B-5

Oleh karena itu membutuhkan fluida panas yang berfungsi sebagai pemanas yaitu

saturated steam pada steam tabel dengan kondisi :

Temperatur (T) = 149,5 oC

Tekanan (P) = 4,696 bar

Hl = 630 kJ/kg

Hv = 2.744,8 kJ/kg

λ steam = Hv - Hl

= 2.744,8 – 630

= 2.114,800 kJ/kg

Menghitung massa steam (m) :

msteam =

= kgkJ

jamkJ

/ 2.114,800

/381521.753,47

= 246,71528 kg/jam

Panas steam masuk :

= m x Hv

= 246,71528 kg/jam x 2744,8 kJ/kg

= 677.184,10011 kJ/jam

Panas steam keluar :

= m x HL

= 246,71528 kg/jam x 630 kJ/kg

= 155.430,62630 kJ/jam

Page 6: LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA ENERGIdigilib.unila.ac.id/4277/22/LAMPIRAN B.pdf · ∆H = Perubahan entalpi ∆H T = Entalpi bahan pada suhu T ∆H f = Entalpi bahan pada suhu referensi

B-6

Neraca Energi Total HE-101

Aliran Panas Masuk Aliran Panas Keluar

∆Hin 24.252,09870

∆Hout 546.005,57251

∆Hs in 677.184,10011

∆Hs out 155.430,62630

Total 701.436,19881

701.436,19881

2. Expander Valve (EV-101)

Fungsi : Menurunkan tekanan gas karbon monoksida 20 atm

menjadi 5 atm dari tangki penyimpanan

Kondisi operasi : Pin = 20 atm

Pout = 5 atm

Tin = 30 oC = 303,15 K

∆H in ∆H out

Gambar. Expander Valve

Keterangan :

∆H in = Aliran masuk dari ST-102

∆H out = Aliran keluar expander valve HE-102

Panas aliran masuk dari ST-102

Tin = 30 oC = 303,15K

Tref = 25 oC = 298,15 K

Page 7: LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA ENERGIdigilib.unila.ac.id/4277/22/LAMPIRAN B.pdf · ∆H = Perubahan entalpi ∆H T = Entalpi bahan pada suhu T ∆H f = Entalpi bahan pada suhu referensi

B-7

Tabel. Panas aliran masuk dari ST-102

Komponen (kg/jam) (kmol/jam) ∫Cp.dt ∆H (kJ/jam)

CO 770,224 27,5080 145,4165 4.000,1161

Total 770,224 27,5080 4.000,1161

Menentukan suhu keluar EV-101

Tabel. Data Komponen EV

Komponen kmol Xi Cp(Treff)

CO 27,5080 1,0000 8.674,3811

Total 27,5080 1,0000

Data : Cp campuran = 8.674,3811 kJ/kmol.K

R = 8,3140 kJ/kmol.K2

)( RC

C

C

Ck

p

p

v

p

= 1,001

= 0,001

5,0 1

)1(

1

2

1

K

K

pP

PTCH

(Rules of Thumb for Chemical Engineers Third Edition Hal 129)

ΔH = 1.745,8405 kJ/kmol

p

)1(

1

212

C

H

KK

P

PTT

(Rules of Thumb for Chemical Engineers Third Edition Hal 129)

Page 8: LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA ENERGIdigilib.unila.ac.id/4277/22/LAMPIRAN B.pdf · ∆H = Perubahan entalpi ∆H T = Entalpi bahan pada suhu T ∆H f = Entalpi bahan pada suhu referensi

B-8

T2 = 302,94874 K = 29,7987 oC = 30 oC

Panas aliran keluar EV-101

Tout = 30 oC = 303,15 K

Tref = 25oC = 298,15 K

Tabel. Panas aliran keluar EV-101

Komponen (kg/jam) (kmol/jam) ∫Cp.dt ∆H (kJ/jam)

CO 770,224 27,5080 139,5619 3.839,0674

Total 770,224 27,5080 3.839,0674

Untuk menurunkan tekanan dari 20 atm menjadi 5 atm, kerja expander valve

menghasilkan panas, sehingga perlu di hitung panas expander valve :

∆Hev = ∆Hin - ∆Hout

= 4.000,1161 kJ/jam – 3.839,0674 kJ/jam

= 161,0487 kJ/jam

Neraca Energi Total EV-102

Tabel. Neraca energi EV-102

Aliran Panas Masuk Aliran Panas Keluar

∆Hin 4.000,1161

∆Hout 3.839,0674

-

∆Hev 161,0487

Total 4.000,1161

4.000,1161

Page 9: LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA ENERGIdigilib.unila.ac.id/4277/22/LAMPIRAN B.pdf · ∆H = Perubahan entalpi ∆H T = Entalpi bahan pada suhu T ∆H f = Entalpi bahan pada suhu referensi

B-9

3. Mix Point (MP-101)

Fungsi : Mencampurkan fresh feed CO dan recyle CO sebelum

masuk ke Reaktor

Kondisi Operasi : T = 30 oC = 303,15 K

P = 5 atm

Tref = 25 oC = 298,15 K

∆H out

∆H in ∆H rec

Gambar. Mixed Point

Keterangan :

Fin = Aliran masuk dari EV-101

Frec = Aliran masuk recycle dari EV-102

Fout = Aliran keluar dari menuju HE-102

Panas aliran masuk dari EV-101

Tin = 30 oC = 303,15 K

Tref = 25oC = 298,15 K

MP

Page 10: LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA ENERGIdigilib.unila.ac.id/4277/22/LAMPIRAN B.pdf · ∆H = Perubahan entalpi ∆H T = Entalpi bahan pada suhu T ∆H f = Entalpi bahan pada suhu referensi

B-10

Tabel. Panas aliran masuk dari EV-101

Komponen Kmol Cp.dT ∆H

CO 24,756534 145,416 3.600,104487

Total 24,756534

3.600,104487

Panas aliran masuk dari EV-102

Tin = 30 oC = 303,15 K

Tref = 25 oC = 298,15 K

Tabel. Panas aliran masuk dari HE-102

Komponen kmol Cp.dT ∆H

CO 2,72329 145,41646 400,01161

Total 2,72329

400,01161

Panas aliran keluar dari MP-101

Tout = 30 oC = 333,15 K

Tref = 25 oC = 298,15 K

Page 11: LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA ENERGIdigilib.unila.ac.id/4277/22/LAMPIRAN B.pdf · ∆H = Perubahan entalpi ∆H T = Entalpi bahan pada suhu T ∆H f = Entalpi bahan pada suhu referensi

B-11

Tabel. Panas aliran keluar dari MP-101

Komponen kmol Cp.dT ∆H

CO 27,47983 145,41646 4.000,11610

Total 27,47983

4.000,11610

Neraca Energi Total MP-101

Aliran Panas Masuk Aliran Panas Keluar

∆Hin 3.600,104487 ∆Hout 4.000,11610

∆Hrec 400,01161

-

Total 4.000,11610

4.000,11610

4. Heater (HE-102)

Fungsi : Memanaskan CO umpan dari 30 oC menjadi 130 oC

Kondisi operasi : Tin = 30 oC = 303,15 K

Tout = 130 oC = 403,15 K

Tref = 25 oC = 298,15 K

∆H out

Gambar. Unit Heater (HE-102)

Keterangan :

∆H in = Aliran masuk dari EV-101

∆H out = Aliran keluar HE-102

∆H in

∆Hs in

∆Hs out

Page 12: LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA ENERGIdigilib.unila.ac.id/4277/22/LAMPIRAN B.pdf · ∆H = Perubahan entalpi ∆H T = Entalpi bahan pada suhu T ∆H f = Entalpi bahan pada suhu referensi

B-12

Neraca Energi: {(∆Hin + ∆Hs in ) – (∆Hout+ ∆Hs out) + (0) – (0)} = {0}

Panas aliran masuk HE-102

Tin = 30 oC = 303,15 K

T ref = 25 oC = 298,15 K

)

Tabel. Panas aliran masuk HE-102

Komponen Kmol Cp.dT ∆H

CO 27,508 139,5618523 3.839,067432

Total 27,508

3.839,067432

Panas aliran keluar HE-102

Tout = 130 oC = 403,15 K

T ref = 25 oC = 298,15 K

Tabel. Panas aliran keluar HE-102

Komponen Kmol Cp.dT ∆H

CO 27,508 3.070,07585 8.4451,64637

Total 27,508

8.4451,64637

Page 13: LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA ENERGIdigilib.unila.ac.id/4277/22/LAMPIRAN B.pdf · ∆H = Perubahan entalpi ∆H T = Entalpi bahan pada suhu T ∆H f = Entalpi bahan pada suhu referensi

B-13

Menghitung kebutuhan steam

∆H in+ ∆H steam = ∆H out

∆H steam = ∆H out - ∆H in

∆H steam = 8.4451,64637 - 3.839,067432

= 80.612,57894 kJ/jam

Oleh karena itu membutuhkan fluida panas yang berfungsi sebagai pemanas, yaitu

saturated steam pada steam tabel dengan kondisi kondisi :

Temperatur (T) = 149,5 oC

Tekanan (P) = 4,696 bar

Hl = 630 kJ/kg

Hv = 2.744,8 kJ/kg

λ steam = Hv - Hl

= 2.744,8 – 630

= 2.114,800 kJ/kg

Menghitung massa steam (m) :

msteam =

= kgkJ

jamkJ

/ 2114.800

/9480.612,578

= 38,118 kg/jam

Panas steam masuk :

= m x Hv

= 38,118 kg/jam x 2.744,8 kJ/kg

= 104.627,10737 kJ/jam

Panas steam keluar :

= m x HL

Page 14: LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA ENERGIdigilib.unila.ac.id/4277/22/LAMPIRAN B.pdf · ∆H = Perubahan entalpi ∆H T = Entalpi bahan pada suhu T ∆H f = Entalpi bahan pada suhu referensi

B-14

= 38,118 kg/jam x 630 kJ/kg

= 24.014,52843 kJ/jam

Neraca Energi Total HE-102

Aliran Panas Masuk Aliran Panas Keluar

∆Hin 3.839,067432

∆Hout 8.4451,64637

∆Hs in 104.627,10737

∆Hs out 24.014,52843

Total 108.466,17480

108.466,17480

5. Reaktor (RE-201)

Fungsi : Tempat terjadinya reaksi pembentukan Asetat Anhidrid

Gambar. Reaktor (RE-201)

Kondisi operasi :

Temperatur = 130 oC

Tekanan = 5 atm

Dalam menghitung neraca energi di reaktor digunakan langkah perhitungan

seperti pada gambar berikut :

PC

V-37

R-201

7

Qin

Qpendingin in

Qpendingin out

Qout

Page 15: LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA ENERGIdigilib.unila.ac.id/4277/22/LAMPIRAN B.pdf · ∆H = Perubahan entalpi ∆H T = Entalpi bahan pada suhu T ∆H f = Entalpi bahan pada suhu referensi

B-15

T in

ΔHumpan

ΔHR 298

ΔHproduk

ΔHtotal T out

Menghitung panas masuk Reaktor (RE-201)

Panas aliran masuk Metil Asetat

T = 130 oC = 403,15 K

Tref = 25 oC = 298,15 K

Tabel. Panas aliran masuk dari HE-101

Komponen m (kg) n (kmol) ∫Cp dT (kJ/Kmol) Htf (kJ)

Metil Asetat 2.035,59200 27,50800 -16.229,12048 -446.430,64627

H2O 226,17680 12,56538 -7.924,54696 -99.574,92624

Total 2.261,77 40,07338 -24.153,66744 -546.005,57251

Panas aliran masuk CO

T = 130 oC = 403,15 K

Tref = 25 oC = 298,15 K

Tabel. Panas aliran masuk dari HE-102

Komponen m (kg) n (kmol) ∫Cp dT (kJ/Kmol) Htf (kJ)

CO 770,22400 27,50800 -3.070,07585 -84.451,64637

Total 770,22400 27,50800 -3.070,07585 -84.451,64637

Sehingga panas aliran keluar totalnya adalah 630.457,2189 Kj/jam

Page 16: LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA ENERGIdigilib.unila.ac.id/4277/22/LAMPIRAN B.pdf · ∆H = Perubahan entalpi ∆H T = Entalpi bahan pada suhu T ∆H f = Entalpi bahan pada suhu referensi

B-16

Panas aliran produk keluar dari RE-201

T = 130 oC = 403,15 K

Tref = 25 oC = 298,15 K

Tabel. Panas aliran produk keluar dari RE-201

Komponen (kg/jam) (kmol/jam) ∫Cp.dt ∆Hout (kJ/jam)

Asetat Anhidrid 2.525,2530 24,7574 21.259,6194 526.332,5255

Metil Asetat 203,5592 2,7508 16.229,1205 44.643,0646

H2O 226,1769 12,5654 7.924,5470 99.574,9262

CO 77,0224 2,7508 3.070,0758 8.445,1646

Total 3.032,0115 42,8244 48.483,3627 678.995,6810

Menghitung Panas Reaksi

Reaksi :

CH3C(=O)OCH3(l) + CO(g) CH3C(=O)O(O=)CCH3(l)

a. Menghitung entalpi pada keadaan standar (∆HoR 298 K)

Data ∆H⁰f masing-masing komponen pada keadaan standar (298,15 K)

Tabel. Entalpi standar masing-masing komponen

Komponen ∆HF (kJ/kmol)

Asetat Anhidrid -575.720

Metil Asetat -419.7300

CO -110.500

Panas pembentukan standar masing-masing komponen pada suhu

298,15 K

ΔHf298o

= ΔHF produk - ΔHF reaktan

ΔHf 298o = -32.895 kJ/kmol

Karena bernilai negatif sehingga reaksi bersifat eksotermis

Page 17: LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA ENERGIdigilib.unila.ac.id/4277/22/LAMPIRAN B.pdf · ∆H = Perubahan entalpi ∆H T = Entalpi bahan pada suhu T ∆H f = Entalpi bahan pada suhu referensi

B-17

b. Menghitung entalpi pada kondisi operasi (∆HR)

Perubahan entalphi reaktan dari 298,15 K ke 403,15 K dapat

ditentukan dengan persamaan sebagai berikut

dengan

Sehingga

= 1.960,423 kJ/kmol

Sehingga entalpi pada keadaan operasi adalah

= -32.895 kJ/kmol + 1.960,423 kJ/kmol

= -30.934,577 kJ/kmol

c. Menghitung panas reaksi

Jumlah Metil Asetat mula-mula (FA0) = 27,508 kmol C3H6O2/jam

Konversi = 90 % = 0,9

Maka, panas reaksi

Qreaksi = ΔHR (403,15 K) . FAo . X

= -30.934,577 x 27,508 x 0,90

= -765.853,5097 kJ/jam

2

1

T

TPiRR dT C ΔH ΔH

403,15

298,15PiK) (298,15 RK) (403,15 R dT CΔH ΔH

:dTCp

403,15

298.15

dTCTDTCTBTAT

T 2

1

432

)(5

)(4

)(3

)(2

)( 5

1

5

2

4

1

4

2

3

1

3

2

2

1

2

212 TTE

TTD

TTC

TTB

TTA

)(5

)(4

)(3

)(2

)(dTCp 5

1

5

2

4

1

4

2

3

1

3

2

2

1

2

212

403,15

298,15

TTE

TTD

TTC

TTB

TTA

403,15

298,15PiK) (298,15 RK) (403,15 R dT CΔH ΔH

Page 18: LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA ENERGIdigilib.unila.ac.id/4277/22/LAMPIRAN B.pdf · ∆H = Perubahan entalpi ∆H T = Entalpi bahan pada suhu T ∆H f = Entalpi bahan pada suhu referensi

B-18

d. Menghitung panas dan massa air pendingin

Neraca Energi:

Qin – Qout + Qgen – Qkon = Qacc

{(Q20 +QCW in ) – (Q21+ QCW out) - (0) +Qgen} = {0}

Q cw = Qin – Qout + Qgen

= 630.457,2189 – 678.995,6810 + 765.853,5097

= 717.315,0476 kJ/jam

Cooling water (cw) yang digunakan pada pabrik Asetat Anhidrid masuk ke

cooler pada temperatur 30oC dan keluar pada temperatur 45oC, Dari data

kapasitas panas (Cp) air diperoleh :

(Geankoplis, C,J,, 1997)

Cp air pada 30oC = 4,1915 kJ/kg,K, dan

Cp air pada 45oC = 4,2020 kJ/kg,K

H = Cp T

Sehingga:

H = H (45oC) – H (30oC)

= (4,2020 (318 – 298)) – (4,1915 (303 – 298))

= 63,0825 kJ/kg

Maka kebutuhan air pendingin :

F cw = H

cw Q

Page 19: LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA ENERGIdigilib.unila.ac.id/4277/22/LAMPIRAN B.pdf · ∆H = Perubahan entalpi ∆H T = Entalpi bahan pada suhu T ∆H f = Entalpi bahan pada suhu referensi

B-19

= kJ/kg 63,0825

kJ/jam 76717.315,04

= 11.371,0625 kg/jam

Q cw masuk = F cw H (30oC)

= 11.371,0625 kg/jam 4,1915 kJ/kg

= 238.309,0425 kJ/jam

Q cw keluar = F cw H (45oC)

= 11.371,0625 kg/jam x 4,2020 kJ/kg

= 955.624,0925 kJ/jam

Tabel. Neraca panas Reaktor (RE-201)

Komponen

Panas Masuk

(kJ/jam)

Panas

Generasi

(kJ/jam)

Panas Keluar

(kJ/jam)

Panas

Konsumsi

(kJ/jam)

Panas

Akumulasi

(kJ/jam) ΔHin ΔHreaksi ΔHout

Asetat

Anhidrid 0,0000

765.853,5097

526.332,5255

0,0000 0,0000

Metil

Asetat 446.430,64627 44.643,0646

Water 99.574,92624 99.574,9262

CO 84.451,64637 8.445,1646

Air

Pendingin 238.309,0425 955.624,0925

Total 868.766,2614 765.853,5097 1.634.619,773 0,0000 0,0000

1.634.619,771 1.634.619,771 0,0000

Page 20: LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA ENERGIdigilib.unila.ac.id/4277/22/LAMPIRAN B.pdf · ∆H = Perubahan entalpi ∆H T = Entalpi bahan pada suhu T ∆H f = Entalpi bahan pada suhu referensi

B-20

6. Cooler (CO-201)

Fungsi : Mendinginkan campuran keluaran Reaktor dari 130 oC menjadi 30 oC

untuk menuju ke Separator

Kondisi operasi :

Pin : 5 atm

Tin : 130 oC = 403,15 K

Tout : 30 oC = 303,15 K

Gambar. Cooler (CO-201)

Keterangan :

∆Hin : Panas aliran masuk dari RE-201

∆Hout : Panas aliran keluar dari CO-201

Neraca Energi: {(∆Hin+ ∆Hcwin) – (∆Hout + ∆Hcwout) + (0) – (0)} = {0}

Panas aliran masuk dari RE-201

T = 130 oC = 403,15 K

T ref = 25 oC = 298,15 K

∆H in

∆H cw in

∆H cwout

∆H out

Page 21: LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA ENERGIdigilib.unila.ac.id/4277/22/LAMPIRAN B.pdf · ∆H = Perubahan entalpi ∆H T = Entalpi bahan pada suhu T ∆H f = Entalpi bahan pada suhu referensi

B-21

Tabel. Panas aliran masuk dari RE-201

Komponen n (kmol) ∫Cp dT (kJ/kmol) ∆Hin (kJ)

Asetat Anhidrid 24,75738235 21.259,61937 526.332,52545

Metil Asetat 2,7508 16.229,12048 44.643,06463

H2O 12,56537778 7.924,54696 99.574,92624

CO 2,7508 3.070,07585 8.445,16464

Total 42,8244

678.995,68096

Panas aliran keluar dari CO-201

T = 30 oC = 303,15 K

Tref = 25 oC = 298,15 K

Tabel. Panas aliran keluar dari CO-201

Komponen n (kmol) ∫Cp dT (kJ/kmol) ∆Hout (kJ)

Asetat Anhidrid 24,75738235 951,23225 23.550,02063

Metil Asetat 2,7508 709,20604 1.950,88397

H2O 12,56537778 377,48638 4.743,25899

CO 2,7508 145,41646 400,01161

Total 42,8244

30.644,17520

Menghitung kebutuhan cooling water

∆H in = ∆H out, dimana : ∆H out = ∆H liquid keluar + ∆H cooling water

∆H in = ∆H liquid keluar + ∆H cooling water

∆H cooling water = ∆Hin - ∆H liquid keluar

∆H cooling water (∆Hcw) = 678.995,68096 - 30.644,17520

= 648.351,5058 kJ/jam

Page 22: LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA ENERGIdigilib.unila.ac.id/4277/22/LAMPIRAN B.pdf · ∆H = Perubahan entalpi ∆H T = Entalpi bahan pada suhu T ∆H f = Entalpi bahan pada suhu referensi

B-22

Untuk menyerap panas tersebut maka dibutuhkan cooling water dengan kondisi :

T in = 30 oC (303,15 K)

T out = 45 oC (318,15 K)

maka Cp H2O dT = 1.129,7051 kJ/kmol

m cooling water =

= kJ/kmol 1.129,7051

kJ/jam 58648.351,50

= 573,5411 kmol/jam

= 10.323,7399 kg/jam

Neraca Energi Total CO-201

Tabel. Neraca Energi CO-201

Aliran Panas Masuk Aliran Panas Keluar

∆Hin 678.995,68096 ∆Hout 30.644,17520

∆H cwin 210.013,3082 ∆H cwout 857.945,5938

Total 889.008,9892

889.008,9892

7. Expander Valve (EV-102)

Fungsi : Menurunkan tekanan produk keluran reaktor dari 5 atm

menjadi 1 atm

Kondisi operasi : Pin = 5 atm

Pout = 1 atm

Tin = 30 oC = 303,15 K

∆H in ∆H out

Gambar. Expander Valve

Page 23: LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA ENERGIdigilib.unila.ac.id/4277/22/LAMPIRAN B.pdf · ∆H = Perubahan entalpi ∆H T = Entalpi bahan pada suhu T ∆H f = Entalpi bahan pada suhu referensi

B-23

Keterangan :

∆H in = Aliran masuk dari EV-102

∆H out = Aliran keluar dari EV-103

Panas aliran masuk dari EV-102

Tin = 30 oC = 303,15 K

Tref = 25 oC = 298,15 K

Tabel. Panas aliran masuk dari EV-102

Komponen (kmol/jam) ∫Cp.dt ∆H (kJ/jam)

Asetat Anhidrid 24,7574 951,2323 1.950,8840

Metil Asetat 2,7508 709,2060 4.743,2590

Air 12,5654 377,4864 23.550,0206

Total 40,0736

215.722,4935

Menentukan suhu keluar EV-102

Tabel. Data Komponen EV-102

Komponen kmol Xi Cp 298 (J/mol) Cp Campuran

Asetat Anhidrid 24,7574 0,6178 44.096,8340 27.242,9546

Metil Asetat 2,7508 0,0686 34.151,5562 2.344,2914

Air 12,5654 0,3136 24.861,7583 7.795,5985

Total 40,0736 1,0000

37.382,8445

Data : Cp campuran = 37.382,8445 kJ/kmol.K

R = 8,3140 kJ/kmol.K2

Page 24: LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA ENERGIdigilib.unila.ac.id/4277/22/LAMPIRAN B.pdf · ∆H = Perubahan entalpi ∆H T = Entalpi bahan pada suhu T ∆H f = Entalpi bahan pada suhu referensi

B-24

)( RC

C

C

Ck

p

p

v

p

= 1,0002

= 0,0002

5,0 1

)1(

1

21

K

K

pP

PTCH

(Rules of Thumb for Chemical Engineers Third Edition Hal 129)

ΔH = 2.027,8419 kJ/kmol

p

)1(

1

212

C

H

KK

P

PTT

(Rules of Thumb for Chemical Engineers Third Edition Hal 129)

T2 = 303,09575 K = 29,9458 oC ≈ 30 oC

Panas aliran keluar EV-102

Tout = 30 oC = 303,15 K

Tref = 25 oC = 298,15 K

Page 25: LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA ENERGIdigilib.unila.ac.id/4277/22/LAMPIRAN B.pdf · ∆H = Perubahan entalpi ∆H T = Entalpi bahan pada suhu T ∆H f = Entalpi bahan pada suhu referensi

B-25

Tabel. Panas aliran keluar EV-102

Komponen n (kmol) ∫Cp dT (kJ/kmol) ∆Hout (kJ)

Asetat Anhidrid 24,7574 940,8851 23.293,8532

Metil Asetat 2,7508 701,4846 1.929,6439

Air 12,5654 373,3939 4.691,8352

Total 40,0736

29.915,3323

Untuk menurunkan tekanan dari 5 atm menjadi 1 atm, kerja expander valve

menghasilkan panas, sehingga perlu di hitung panas expander valve :

∆Hev = ∆Hin - ∆Hout

= 30.244,1636 kJ/jam – 29.915,3323 kJ/jam

= 328,8313 kJ/jam

Neraca Energi Total EV-102

Tabel. Neraca energi EV-102

Aliran Panas Masuk Aliran Panas Keluar

∆Hin 30.244,1636

∆Hout 29.915,3323

-

∆Hev 328,8313

Total 30.244,1636

30.244,1636