Lampiran b Neraca Energi Acc

LAMPIRAN B

PERHITUNGAN NERACA ENERGI

B.1 Panas sensibel

Panas sensibel dapat dihitung dengan menggunakan persamaan seperti yang

ditunjukkan pada persamaan B-1 (Perry, 1986):

Q = m ∫

Tref

T

Cp dT= m. Cp. ΔT

Q = m. Cp. ΔT

Q = m . Cp . ( T – T.ref )

dimana:

Q = Laju alir energi (kkal/jam)

m = Laju alir massa zat (kg/jam)

Tref = Suhu referensi (25 oC = 298,15 K)

T = Suhu operasi (oC atau K)

Cp = Kapasitas panas (kj/kmol.K atau kkal/kg.oC)

Kapasitas Produksi : 350.000 ton/tahun

: 1093,75 ton/hari

Waktu Operasi : 320 hari/tahun

Bahan Baku : Crude Palm Oil (CPO)

Produk Baku : Fatty Alcohol

Produk Samping : Gliserol

B.2 Panas Laten

Panas sensibel dapat dihitung dengan menggunakan persamaan seperti yang

ditunjukkan pada persamaan B-2 (Perry, 1986):

Q = m.λ

λ = Panas perubahan fasa (kkal/kg)

B.3 Perubahan Panas

Panas sistem tanpa reaksi kimia:

Q = Q out – Q in

Panas sistem dengan adanya reaksi kimia (Reklaitis, 1983):

Q = r x ΔHr + Nout – Nin

dimana:

r = Laju reaksi (kmol/jam)

ΔHr = Panas reaksi pada suhu reaksi (kkal/kmol)

N.out = Laju produk keluar (kmol/jam)

N.in = Lajuumpan masuk (kmol/jam)

B. 4 Kapasitas Panas Cairan

Kapasitas panas untuk cairan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan

seperti yang ditunjukkan pada persamaan B-4 (Reklaitis, 1983)

Cp = A + BT + CT2 + DT3

Sehingga

∫CpdT = AT +

B2 T2 +

C3 T3 +

D4 T4

B. 5Kapasitas Panas Gas

Kapasitas panas untuk gas dapat dihitung dengan menggunakan persamaan B-5

(Reklaitis, 1983)

Cp = A + BT + CT2 + DT3 + ET4

Sehingga

∫CpdT = AT +

B2 T2 +

C3 T3 +

D4 T4 +

E5 T5

B. 6Tekanan Uap Murni Masing-masing Komponen

Tekanan uap murni suatu komponen pada suhu tertentu dapat diperkirakan

dengan menggunakan persamaan Antoine B-6 (Reklaitis, 1983)

Log P = A + BT

+ C log T + DT + ET2

B.7 Panas Penguapan

Panas penguapan suatu komponen dapat dihitung dengan menggunakan

persamaan B-7 (Reklaitis, 1983)

ΔHVap = A(1− TTc )

n

Dimana:

ΔHVap = Panas penguapan pada temperatur didihnya (kJ/mol)

A, n = Konstanta

T = Temperatur sistem (K)

Tc = Temperatur krisis (K)

B.8 Perhitungan Neraca Energi pada Alat-alat

B.8.1 Heater I

Gambar B.1 Alur Neraca Panas pada Heater

Keterangan:

Q1 = Aliran panas bahan masuk heater

Q2 = Aliran panas keluar heater

Qsi = Aliran panas yang di bawa steam masuk

Qso = Aliran panas yang dibawa kondensat keluar

Kondisi operasi:

T masuk = 30 oC = 303 K

T keluar = 60 oC = 333 K

T steam = 120 oC = 393 K

a. Panas bahan baku masuk pada T = 303K

Contoh perhitungan untuk trigliserida:

m = 50.930,03801 kg/jam

= 60,12992kmol/jam

Cp = 0,451 + 6 x 10-4 T (Yaws, 1999)

Q1 = … Qsi Q2 = …..F4 = 53.333,54528 kg/jam F4 = 53.333,54528 kg/jamFFA =…. FFA = …..Trigliserida =….. Q1 Q2 Trigliserida = …..Impuritis =….. Impuritis = …..Air = ….. Air = …..T = 30 oC T = 60 oCP = 1 atm QSo P = 1 atm

Q = m ∫

Tref

T

Cp dT

QTrl = 60,12992kmol/jamx∫

Tref

T

(0,451 + 6 x 10-4 T) dT

QTrl = 60,12992kmol/jamx0,451 (T - Tref)+ 6 x10−4

2(T2 – T2

ref)

QTrl = 60,12992kmol/jamx 0,451 (303 - 298) + 6 x10−4

2 (3032 – 2982)

QTrl = 60,12992kmol/jam x (2,255 + 0,9015)

QTrl = 189,8001 kJ/jam

Dengan cara yang sama seperti perhitungan diatas, maka panas komponen-

komponen lain dapat diketahui

Tabel B.1 Panas masuk (Q1) pada HeaterI

KomponenLaju Alir Massa

(kg/jam)

Panas

(kJ/jam)

FFA 2.399,112479 0,43044

Trigliserida 50.930,03801 189,8001

Impuritis 2,3130457 0,01493

Air 2,0817411 43,65819

Total 53.333,54528 233,90366

b. Panas bahan baku keluar pada T = 333 K


komponen yang keluar dari heaterI dapat diketahui

Tabel B.2 Panas keluar (Q2) pada Heater I


(kg/jam)

Panas

(kJ/jam)

FFA 2.399,112479 3,05582

Trigliserida 50.930,03801 1.347,54157

Impuritis 2,3130457 0.10596

Air 2,0817411 304,64938

Total 53.333,54528 1.655,35273

c. Menghitung kebutuhan pemanas (Steam)

Pemanas yang digunakan adalah steamsaturated pada suhu 120oC

Enthalpi saturatedvapour HV = 2.706kJ/kg

Enthalpy saturated liquid HL = 503,7 kJ/kg (Smith, 2005)

ΔQ = Qout-Qin

= 1.655,35273-233,90366

= 1.421,44907 kJ/jam

ΔH = HV - HL

= 2.706 kJ/kg –503,7 kJ/kg

= 2.202,3 kJ/kg

Jumlah steam (m) =

ΔQΔH

=

1. 421,44907 kJ/jam 2. 202,3 kJ/kg

m = 0,64544 kg/jam

Panas yang dibawa masuk steam:

Qsi = m x HV

= 0,64544kg/jam x 2.706kJ/kg

= 1.746,55641 kJ/jam

Panas yang dibawa keluar condensat :

Qso = m x HL

= 0,64544kg/jam x 503,7kJ/kg

= 325,10813 kJ/jam

Tabel B.3 Neraca panas pada heater IPanas Masuk (kJ/jam) Panas Keluar (kJ/jam)

Q1 233,90366 Q2 1.655,35273

Qsi 1.746,55641 Qso 325,10813

Total 1.980,46007 Total 1.980,46007

B.8.2 Reaktor Esterifikasi (R-301)

Gambar B.2 Alur Neraca Panas pada Reaktor Esterifikasi (R-301)

Q2.1 = …. Q2.2 = ….Lar. Metanol = …. Lar.H2SO4 = ….

Q2.1 Q2.2

Q2 = 850.031,4471T= 60 oC Q3 = ….Trigliserida = …. Q2 Q3Trigliserida = ….Impuritis = …. Impuritis = ….Air = …. Air = ….FFA = ….. Metanol = ….

H2SO4 = …. Metil ester = ….T = 70 oC

REAKTORESTERIFIKASI

Kondisi operasi:

T2 masuk = 60oC = 333 K

T2.1 masuk = 30 oC = 303 K

T2.2 masuk = 30 oC = 303 K

a. Panas Bahan Baku Masuk ke Reaktor Esterifikasi (R-301)

Bahan masuk ke dalam reaktor esterifikasi (R-301) pada suhu 60 oC, dengan

menggunakan T referensi 25 oC, maka panas yang diberikan bahan baku mengikuti

persamaan:

Q = m ∫

Tref

T

Cp dT

Tabel B.4 Energi Masuk (Q2) pada Reaktor Esterifikasi (R-301)


(kg/jam)

Panas

(kJ/jam)

FFA 2.399,112479 3,05582

Trigliserida 50.930,03801 1.347,54157

Impuritis 2,3130457 0.10596

Air 2,0817411 304,64938

Total 53.333,54528 1.655,35273

b. Panas Asam Sulfat (H2SO4) Masuk ke Dalam Reaktor Esterifikasi (R-301)

Panas asam sulfat yang masuk ke dalam reaktor esterifikasi (R-301) pada suhu

30 oC.

m = 117,5565115 kg/jam

Cp = 26,004 + 0,70337 T – 1,3856 x 10-3 T2 + 1,0342 x 10-6 T3

Q = m ∫

Tref

T

Cp dT

Q = 1,19956x∫

Tref

T

(26,004 + 0,70337 T – 1,3856 x 10-3 T2 + 1,0342 x 10-6 T3)

Q = 1,19956x 26,004 T +

0,703372 T2 -

1,3856 x 10-3

3 T3 +

1,0342 x 10-6

4 T4

Q = 1,19956 x (130,02 + 1.056,81343–625,61457 + 140,32596)

Q = 1,19956x 701,54482

QH2SO4 = 841,54511 kJ/jam

Tabel B.5 Energi Masuk (Q2.2) pada Reaktor Esterifikasi (R-301)

Komponen Laju Alir Massa (kg/jam) Energi (kJ/jam)

H2SO4 117,5565115 841,54511

Air 2,39911248 50,31509

Total 72,540 891,8602

c. Panas Metanol Masuk ke Dalam Reaktor Esterifikasi (R-301)

Panas metanol yang masuk ke dalam reaktor esterifikasi (R-301) pada suhu

30 oC.

m = 2.795,8194 kg/jam

= 87,3695 kmol/jam

Cp = 40,152 + 0,31046 T – 1,0291 x 10-3 T2 + 1,4598 x 10-6 T3

Q = m ∫

Tref

T

Cp dT

Q = 87,36936x∫

Tref

T

(40,152 + 0,31046 T – 1,0291 x10-3 T2 + 1,4598 x 10-6 T3)

Q = 87,36936x 40,152 T +

0,310462 T2 -

1,0291 x 10-3

3 T3 +

1,4598 x 10-6

4 T4

Q = 87,36936x (200,76 + 466,46615 – 464,65066 + 198,07372)

Q = 87,36936x 400,64921

QMetanol= 35.004,46477 kJ/jam

Tabel B.6 Energi Masuk (Q2.1) pada Reaktor Esterifikasi (R-301)


Metanol 2.795,8194 35.004,46477

Air 28,2406 592,27252

Total 2.824,06 35.596,73729

d. Panas Keluar dari Reaktor Esterifikasi (R-301)

Panas bahan baku yang keluar dari reaktor esterifikasi (R-301) pada suhu

70 oC.


m =50.930,03801 kg/jam

= 60,12992kmol/jam

Cp = 0,451 + 6 x 10-4 T

Q = m ∫

Tref

T

Cp dT


Tref

T

(0,451 + 6 x 10-4 T) dT

QTrl = 60,12992kmol/jamx 0,451 (T - Tref) + 6 x10−4

2 (T2 – T2

ref)

QTrl = 60,12992kmol/jam x 0,451 (343 - 298) + 6 x10−4

2 (3432 – 2982)

QTrl = 60,12992kmol/jamx (20,295 + 8,6535)

QTrl = 1.740,67099kJ/jam

Tabel B.7 Energi Keluar (Q3) dari Reaktor Esterifikasi


(kg/jam)

Panas

(kJ/jam)

FFA 47,9822398 0,07895

Trigliserida 50.930,03801 1.740,67099

Impuritis 2,3130457 0,13687

Air 156,88728 29.504,66578

Metil ester 2.505,875335 202.039,9017

H2SO4 117,5565115 7.723,82209

Metanol 2.516,90848 290.469,9872

Total 56.277,5609 531.479,2636

e. Menghitung Panas reaksi

Reaksi :

H2SO4 (l)

FFA + Metanol Metil ester + Air

Panas Masuk = Panas keluar + Akumulasi

Asumsi: keadaan steady state, sehingga akumulasi = 0

Maka: Panas Masuk = Panas keluar

dQ/dT = r.ΔHr + Qout - Qin

r = 8,71596 kmol/jam

Enthalpi pembentukan reaktan:

a). Metanol

Δ HF Metanol = -201,17 kj/kmol

b). FFA

Δ HFFA = -652,963 kj/kmol

Enthalpi pembentukan produk:

a). Metil ester

Δ HF metil ester = -639,461 kj/kmol

b). Air

Δ HFair = -241,80kj/kmol

ΔHr = (Δ HF metil ester +Δ HFair ) – (Δ HFFA + Δ HF Metanol)

= (-639,461+ (-241,80)) – (-652,963 + (-201,17))

ΔHr = -27.155 kj/kmol

r. ΔH = 8,71596 kmol/jam. -27.128 kj/kmol

= -236,68189 kj/jam

Nilai di atas menunjukkan bahwa panas reaktor eksotermis, sehingga diperlukan

air pendingin sebagai penyerap panas reaktor yang berlebih.

f. Menghitung Kebutuhan Pendingin

Qair =Qout - Qin

= 531.242,5817 kJ/jam –38.143,95022 kJ/jam

= 493.098,6315 kJ/jam

m=

493 . 098,6315 kJ/jam 75,55 kJ/kg

= 6.526,78533 kJ/jam

Tabel B.8 Neraca Panas pada Reaktor Esterifikasi (R-301)Panas Masuk (kJ/jam) Panas Keluar (kJ/jam)

Q2 1.655,35273Q3 531.479,2636

Q2.2 891,8602

Q2.1 35.596,73729Qreaksi -236,68189

Qair 493.098,6315

Total 531.242,5817 Total 531.242,5817

B.8.3 Reaktor Transesterifikasi (R-302)

Gambar B.3 Alur Neraca Panas pada Reaktor Transesterifikasi (R-302)

Kondisi operasi:

T3 masuk = 70oC = 333 K

T3.1 masuk = 30 oC = 303 K

T3.2 masuk = 30 oC = 303 K

a. Panas Masuk (Q3) ke Reaktor Transesterifikasi (R-302)

Q3.1 = ….. Q3.2 = …..Lar. Metanol = … NaOH = ….

Q3 = 531.479,2636 Q4 = …..T = 70 oC T = 70 oCTrl = ….. Q3.1 Q3.2 Trl = …..FFA = ….. FFA = …..Metanol = ….. Q3 Q4 Metanol = …..Metil ester = ….. Metil ester = …..Air = ….. Air = …..H2SO4 = ….. H2SO4 = …..Impuritis = ….. Impuritis = …..

NaOH = …..Gliserol = …..

REAKTORTRANSESTERIFIKASI

Bahan masuk ke dalam reaktor transesterifikasi (R-302) pada suhu 70 oC,

dengan menggunakan T referensi 25 oC, maka panas yang diberikan bahan baku

mengikuti persamaan:

Q = m ∫

Tref

T

Cp dT

Tabel B.9 Energi Masuk (Q3) pada Reaktor Transesterifikasi (R-302)


(kg/jam)

Panas

(kJ/jam)

FFA 47,9822398 0,07895

Trigliserida 50.930,03801 1.740,67099

Impuritis 2,3130457 0,13687

Air 1,5688728 295,04666

Metil ester 2.505,875335 202.039,9017

H2SO4 1,175565115 77.23822

Metanol 25,169085 2.904,6999

Total 53.514,12215 207.057,7733

b. Panas Metanol Masuk ke Dalam Reaktor Esterifikasi (R-302)

Panas metanol yang masuk ke dalam reaktor transesterifikasi (R-302) pada

suhu30 oC.

m =18.193,31016 kg/jam

= 568,5409424 kmol/jam

Cp = 40,152 + 0,31046 T – 1,0291 x 10-3 T2 + 1,4598 x 10-6 T3

Q = m ∫

Tref

T

Cp dT

Q = 568,5409424x∫

Tref

T

(40,152 + 0,31046 T – 1,0291 x10-3 T2 + 1,4598 x 10-6 T3)

Q = 568,5409424x 40,152 T +

0,310462 T2 -

1,0291 x 10-3

3 T3 +

1,4598 x 10-6

4 T4

Q = 568,5409424x (200,76 + 466,46615 – 464,65066 + 198,07372)

Q = 568,5409424x 400,64921

QMetanol = 227.785,4794 kJ/jam

Tabel B.10Energi Masuk (Q3.1) pada Reaktor Transesterifikasi (R-302)


Metanol 18.193,31016 2.099.643,516

Air 183,77081 34.560,4585

Total 18.377,08097 2.134.203,974

c. Panas NaOH Masuk ke Dalam Reaktor Transesterifikasi (R-302)

Panas metanol yang masuk ke dalam reaktor transesterifikasi (R-302) pada

suhu30 oC.

m =2.546,5019 kg/jam

= 63,66255 kmol/jam

Cp = 87,639– 4,8368 x 10-4 T – 4,5423 x 10-6 T2 + 1,1863 x 10-9 T3

Q = m ∫

Tref

T

Cp dT

Q = 63,66255x∫

Tref

T

(40,152 + 0,31046 T – 1,0291 x10-3 T2 + 1,4598 x 10-6 T3)

Q = 63,66255x 40,152 T +

0,310462 T2 -

1,0291 x 10-3

3 T3 +

1,4598 x 10-6

4 T4

Q = 63,66255x (200,76 + 466,46615 – 464,65066 + 198,07372)

Q = 63,66255x 435,57833

QNaOH= 27.730,02752 kJ/jam

Tabel B.11Energi Masuk (Q3.2) pada Reaktor Transesterifikasi (R-302)


NaOH 2.546,5019 27.730,02752

Total 2.546,5019 27.730,02752

d. Panas Keluar dari Reaktor Transesterifikasi (R-302)

Panas bahan baku yang keluar dari reaktor transesterifikasi (R-302) pada suhu

70 oC.


m =2.546,501936 kg/jam

= 3,0065kmol/jam

Cp = 0,451 + 6 x 10-4 T

Q = m ∫

Tref

T

Cp dT


Tref

T

(0,451 + 6 x 10-4 T) dT

QTrl = 3,0065kmol/jamx0,451 (T - Tref) + 6 x10−4

2 (T2 – T2

ref)

QTrl = 3,0065kmol/jamx0,451 (343 - 298) + 6 x10−4

2 (3432 – 2982)

QTrl = 3,0065kmol/jam x (20,295 + 8,6535)


Tabel B.12 Energi Keluar (Q4) dari Reaktor Transsterifikasi (R-302)


(kg/jam)

Panas

(kJ/jam)

FFA 47,9822398 0,07895

Trigliserida 2.546,501936 87,03367

Impuritis 2,3130457 0,13687

Air 185,339683 34.855,50519

Metil ester 50.323.9267 4.023.840,35

H2SO4 1,1755651 77,23822

Metanol 13.720,51694 1.583.449,86

NaOH 2.546,5019 249.398,9466

Gliserol 5.063,447013 654.208,4063

Total 74.437,70502 6.545.917.556

e. Menghitung Panas Reaksi

Reaksi :

NaOHTrl + Metanol Metil ester + Air





r = 54,981291kmol/jam


a). Metanol

Δ HF Metanol = -201,17 kj/kmol

b). Trligliserida

Δ HTrl = -530,277 kj/kmol


a). Metil ester

Δ HF metil ester = -639,461 kj/kmol

b). Gliserol

Δ HFGliserol = 584,923kj/kmol

ΔHr = (Δ HF metil ester +Δ HFGliserol ) – (Δ HTrl+ Δ HF Metanol)

= (-639,461+ 584,923) – (-530,277+ (-201,17))

ΔHr = 676,91 kj/kmol

r. ΔH = 54,981291kmol/jam x676,91 kj/kmol

= 37.217,33071 kj/jam

Nilai di atas menunjukkan bahwa panas reaktor endotermis, sehingga diperlukan

pemanas sebagai pemanas tambahan pada reaktor.

f. Menghitung Kebutuhan Pemanas (Steam)


Enthalpi saturatedvapour HV = 2.706 kJkg



= 37.217,33071 kJ/jam + 4.176.925,781 kJ/jam

= 4.214.143,111 kJ/jam

ΔH = HV - HL

= 2.706 kJ/jam - 503,7 kJ/kg

= 2.202,3 kJ/kg

Jumlah steam (m) =

ΔQΔH

=

4 .214 .143,111 kJ/jam2 .202,3 kJ/kg

m = 1.913,5191kg/jam


Qs.in= m x HV

= 1.913,5191 kg/jam x 2.706 kJ/kg

= 5.177.982.682kJ/jam


Qso = m x HL

= 1.913,5191 kg/jam x 503,7 kJ/kg

= 963.839,5707kJ/jam

Tabel B.13Neraca Panas pada Reaktor Transesterifikasi (R-302)Panas Masuk (kJ/jam) Panas Keluar (kJ/jam)

Q3 207.057,7733Q4 6.545.917.556

Q3.1 2.134.203,974

Q3.2 27.730,02752 Qreaksi 37.217,33071

QS.in 5.177.982.682 QSo 963.839,5707

Total 7.546.974,457 Total 7.546.974,457

B.8.4 Evaporator II (FE-502)

Q7 = …..Air = …..

Steam Metanol = …..

Q5 = ….. Q7 Q6 = ……T = 70 oC T = 90 oCGliserol = …. Q5 Q6 Gliserol = …..Air = …. Air = …..Metanol = ….. H2SO4 = …..H2SO4 = ….. NaOH = …..NaOH = …..

Kondensat

EVAPORATOR II

Gambar B.4 Alur Neraca Panas pada Evaporator II (FE-502)

Kondisi operasi:

T masuk = 70 oC

T keluar = 90 oC

a. Panas Masuk ke Evaporator II (FE-502)

Gliserol, Air dan metanol masuk ke dalam evaporator (FE-502) pada suhu

70 oC sesuai dengan panas yang keluar dari reaktor transesterifikasi. Untuk

menghitung panas yang masuk ke evaporator (FE-502) dapat menggunakan

persamaan:

Q = m ∫

Tref

T

Cp dT

Contoh perhitungan gliserol:

m = 5.012,812543 kg/jam

= 54,4309 kmol/jam

Cp = 132,145 + 0,86007 T – 1,9745 x 10-3 T2 + 1,8068 x 10-6 T3

Q = 54,4309 x ∫

Tref

T

(132,145 + 0,86007 T – 1,9745 x 10-3 T2 + 1,8068 x 10-6 T3) dT

Q = 54,4309x 132,145 T +

0,860072 T2 -

1,9745 x 10-3

3 T3 +

1,8068 x 10-6

4 T4

Q = 54,4309 x (5.946,525 + 12.404,3596 – 9.141,94487 + 2.689,93529)

QGliserol = 54,4309 kmol/jam x 11.898,87502 kJ/mol

QGliserol = 647.666,4763 kJ/jam

Dengan cara yang sama seperti di atas maka diperoleh panas yang masuk ke dalam

evaporator II (FE-502) sebagai berikut:

Tabel B.14 Energi Masuk (Q5) pada evaporator II (FE-502)


(kg/jam)

Panas

(kJ/jam)

Gliserol 5.012,812543 647.666,4763

Metanol 13.583,31177 1.567.615,361

Air 183,4862862 34.506,95015

NaOH 2.521,036881 246.904,9571

H2SO4 1,16381 76,46587

Total 21.301,81129 2.496.770,21

b. Panas Keluar (Q7) dari Evaporator II (FE-502)

Panas yang keluar dari evaporator II (FE-502) pada suhu 90 oC.Suhu ini

dipilih agar semua metanol yang terkandung di dalam gliserol teruapkan semua dan

hanya tersisa 10% air pada produk samping.

m = 13.583,31177 kg/jam

= 424,4785 kmol/jam

Cp = 40,152 + 0,31046 T – 1,0291 x 10-3 T2 + 1,4598 x 10-6 T3

Q = m ∫

Tref

T

Cp dT

Q = 424,4785x∫

Tref

T

(40,152 + 0,31046 T – 1,0291 x10-3 T2 + 1,4598 x 10-6 T3)

Q = 424,4785x 40,152 T +

0,310462 T2 -

1,0291 x 10-3

3 T3 +

1,4598 x 10-6

4 T4

Q = 424,4785x (2.609,88 + 6.669,45695 – 7.330,12665 + 3.458,60157)

Q = 424,4785x 5.407,81187

QMetanol = 2.295.499,871 kJ/jam

Dengan cara yang sama seperti yang di atas, maka panas air yang keluar (Q7) dari

evaporator II (FE-502) sebagai berikut:

Tabel B.15 Energi Keluar (Q7) pada Evaporator II (FE-502)


Metanol 13.583,31177 2.295.499,871

Air 165.1376576 44.851,596

Total 13.748,44943 2.340.351,467

c. Panas Keluar (Q6) dari Evaporator II (FE-502)

Panas produk yang keluar dari evaporator II (FE-502) pada suhu 90 oC.Komponen yang keluar tidak ada lagi mengandung metanol.


m = 5.012,812543 kg/jam

= 54,4309 kmol/jam

Cp = 132,145 + 0,86007 T – 1,9745 x 10-3 T2 + 1,8068 x 10-6 T3

Q = 54,4309 x ∫

Tref

T

(132,145 + 0,86007 T – 1,9745 x 10-3 T2 + 1,8068 x 10-6 T3) dT

Q = 54,4309x 132,145 T +

0,860072 T2 -

1,9745 x 10-3

3 T3 +

1,8068 x 10-6

4 T4

Q = 54,4309 x (5.946,525 + 12.404,3596 – 9.141,94487 + 2.689,93529)



Dengan cara yang sama seperti yang di atas, maka panas komponen yang keluar (Q6)

dari evaporator II (FE-502) sebagai berikut:

Tabel B.16 Energi Keluar (Q6) pada Evaporator II (FE-502)


(kg/jam)

Panas

(kJ/jam)

Gliserol 5.012,812543 1.122.031,186

Air 18,34862862 3.450,695015

NaOH 2.521,036881 356.512,4831

H2SO4 1,16381 111,40797

Total 7.553,36186 1.482.105,772

d. Menghitung Kebutuhan Pemanas (Steam)


Enthalpi saturatedvapour HV = 2.706 kJ/kg


ΔQ = Qout-Qin

= 3.822.457.239 - 2.496.770,21

= 1.325.687,029 kJ/jam

ΔH = HV - HL

= 2.706 kJ/kg – 503,7 kJ/kg

= 2.202,3 kJ/kg

Jumlah steam (m) =

ΔQΔH

=

1.325 .687,029 kJ/jam 2 .202,3 kJ/kg

m = 601,9557 kg/jam


Qsin = m x HV

= 601,9557kg/jam x 2.706 kJ/kg

= 1.628.892,113 kJ/jam


Qso = m x HL

= 601,9557kg/jam x 503,7 kJ/kg

= 303.205,0861 kJ/jam

Tabel B.17 Neraca Panas pada Evaporator II (FE-502)Panas Masuk (kJ/jam) Panas Keluar (kJ/jam)

Q5 2.496.770,21Q6 1.482.105,772

Q7 2.340.351,467

QS.in 1.628.892,113 QSo 303.205,0861

Total 4.125.662,323 Total 4.125.662,323

B.8.5 Cooler I

Air pendingin 25 oC

Q8 = ….. Q9 = …..T = 90 oC Q8 Q9 T = 30 oCGliserol = …. Gliserol = ….Air = ….. Air = …..NaOH = ….. NaOH = …..

Air pendingin bekas

COOLER I

Gambar B.5 Alur Neraca Panas pada Cooler I

Kondisi operasi:

T masuk = 90 oC

T keluar = 30 oC

a. Panas Masuk (Q8) ke Cooler I

Panas yang masuk ke dalam coolerI pada suhu 90 oC, panas ini adalah panas

yang keluar dari evaporator II (FE-502).

Tabel B.18 Energi Masuk (Q8) pada Cooler I


(kg/jam)

Panas

(kJ/jam)

Gliserol 5.012,812543 1.122.031,186

Air 18,34862862 3.450,695015

NaOH 2.521,036881 356.512,4831

H2SO4 1,16381 111,40797

Total 7.553,36186 1.482.105,772

b. Panas Keluar dari CoolerI (Q9)

Panas yang keluar dari coolerI diharapkan pada suhu 30 oC, sehingga produk

samping yang keluar dari cooler siap disimpan pada tangki penampung.

Contoh perhitungan Gliserol:

Air pendingin 25 oC

Q8 = ….. Q9 = …..T = 90 oC Q8 Q9 T = 30 oCGliserol = …. Gliserol = ….Air = ….. Air = …..NaOH = ….. NaOH = …..

Air pendingin bekas

m = 5.012,812543 kg/jam

= 54.4309 kmol/jam

Cp = 132,145 + 0,86007 T – 1,9745 x 10-3 T2 + 1,8068 x 10-6 T3

Q = 54,4309 x ∫

Tref

T

(132,145 + 0,86007 T – 1,9745 x 10-3 T2 + 1,8068 x 10-6 T3) dT

Q = 54,4309x 132,145 T +

0,860072 T2 -

1,9745 x 10-3

3 T3 +

1,8068 x 10-6

4 T4

Q = 54,4309 x (660.725 + 1.292,255175 – 891.50979 + 245,15659)



Dengan cara yang sama seperti diatas maka diperoleh panas yang keluar dari alat

coolerI adalah sebagai berikut:

Tabel B.19 Energi Keluar (Q9) pada Cooler I


(kg/jam)

Panas

(kJ/jam)

Gliserol 5.012,812543 71.120,86557

Air 18,34862862 384,81436

NaOH 2.521,036881 27.452,72586

H2SO4 1,16381 8,33127

Total 7.553,36186 98.966,73706

c. Menghitung Kebutuhan Pendingin

Pendingin yang digunakan adalah airpada suhu 30 oC

Enthalpi saturatedvapour HV = 2.556,4 kJ/kg


ΔQ = Qout-Qin

= 98.966,73706 - 1.482.105,772

= -1.383.139,035kJ/jam

ΔH = HV - HL

= 2.556,4 kJ/kg – 125,7 kJ/kg

= 2.430,7 kJ/kg

Jumlah steam (m) =

ΔQΔH

=

-1 . 383 .139,035 kJ/jam 2. 430,7 kJ/kg

m = -569,0291 kg/jam

Panas yang dibawa masuk air:

Qsin = m x HV

= -569,0291kg/jam x 2.556,4kJ/kg

= -1.454.665,991 kJ/jam


Qso = m x HL

= -569,0291kg/jam x 125,7kJ/kg

= -71.526,95787 kJ/jam

Tabel B.20 Neraca Panas pada Cooler IPanas Masuk (kJ/jam) Panas Keluar (kJ/jam)

Q8 1.482.105,772 Q9 98.966,73706

QS.in -1.454.665,991 QSo -71.526,95787

Total 27.439,781 Total 27.439,781

B.8.6 Wash Tank (WT-401)

Gambar B.6 Alur Neraca Panas pada Wash Tank (WT-401)

Kondisi operasi:

Tmasuk: 70 oC

Tkeluar: 65 oC

a. Panas Masuk (Q10) ke Wash Tank (WT-401)

Panas yang masuk ke dalam wash tank (WT-401) pada 70 oC.


m = 2.546,501936 kg/jam

Q11 = …… Air proses T = 60 oC

Q10 = ….. Q11 Q12= …..T = 70 oC T = 70 oCTrl = ….. Trl = …..FFA = ….. Q10 Q12 FFA = …..Gliserol = ….. Gliserol = …..Metil ester = ….. Metil ester = …..Air = ….. Air = …..Metanol = ….. Metanol = …..H2SO4 = ….. H2SO4 = …..Impuritis = ….. Impuritis = …..NaOH = ….. NaOH = …..

WASHTANK

= 3,0065kmol/jam

Cp = 0,451 + 6 x 10-4 T

Q = m ∫

Tref

T

Cp dT


Tref

T

(0,451 + 6 x 10-4 T) dT

QTrl = 3,0065 kmol/jam x 0,451 (T - Tref) + 6 x10−4

2 (T2 – T2

ref)

QTrl = 3,0065 kmol/jam x 0,451 (343 - 298) + 6 x10−4

2 (3432 – 2982)

QTrl = 3,0065kmol/jam x (20,295 + 8,6535)


Dengan cara yang sama seperti diatas maka diperoleh panas yang masukkeWash Tank

(WT-401) adalah sebagai berikut:

Tabel B.21 Energi Masuk (Q10) ke Wash Tank (WT-401)


(kg/jam)

Panas

(kJ/jam)

Trigliserida 2.546,501936 87,03367

FFA 47,9822398 0,07895

Metanol 137,20517 15.834,4986

H2SO4 0,0117551 0,77238

Metil ester 50.323,9267 4.023.840,35

Air 1,8533968 348,55505

Impuritis 2,3130457 0,13687

Gliserol 50,63447 6.542,08403

NaOH 25,46502 2.493,98946

Total 53.135,89373 4.049.147,499

b. Panas Masuk (Q11) ke Wash Tank (WT-401)

Suhu air yang digunakan untuk mencuci produk pada suhu 60 oC. Sehingga

panas yang masuk (Q11) dapat dihitung:

m = 15.940,76812 kg/jam

= 888.59823 kmol/jam

Cp = 92,053 + 3,9953 x 10-2 T –2,1103 x 10-4 T2 + 5,3469 x 10-7 T4

Q = 888.59823 x∫

Tref

T

(92,053 + 3,9953x 10-2 T –2,1103 x 10-4 T2 + 5,3469 x 10-7 T4) dT

Q = 888.59823 x 92,053 T +

3,9953 x 10-2

2 T2 -

2,1103 x 10-4

3 T3 +

5,3496 x 10-7

4 T4

Q = 888.59823 x (3.221,855 + 441,181 – 735.96326 + 589,82281)

Qair = 888.59823 kmol/jam x 3.516,89555 kJ/mol

Qair = 3.125.107,161 kJ/jam

c. Menghitung suhu campuran

tF = (m1 cp1 t1 + m2 cp2 t2 + .... + mn cpn tn) / (m1 cp1 + m2 cp2 + .... + mn cpn)

(Engineeringtoolbox, 2014)

tF = QTotal

mTotal+Cpcampuran+ Tref

=

4 .049 .147,499 + 3 .125 .107,16169 . 076,66185 + 56 .060,25865 + 298 K

= 338K

d. Panas Keluar (Q12) dari Wash Tank (WT-401)

Panas yang keluar dari Wash Tank (WT-401) pada suhu 338 K, suhu ini

dihasilkan dari perhitungan suhu campuran.


m = 2.546,501936 kg/jam

= 3,0065kmol/jam

Cp = 0,451 + 6 x 10-4 T

Q = m ∫

Tref

T

Cp dT


Tref

T

(0,451 + 6 x 10-4 T) dT


2 (T2 – T2

ref)

QTrl = 3,0065 kmol/jam x 0,451 (338 - 298) + 6 x10−4

2 (3382 – 2982)

QTrl = 3,0065kmol/jam x (18,04 + 7,632)


Dengan cara yang sama seperti diatas maka diperoleh panas yang keluar dari Wash

Tank (WT-401) adalah sebagai berikut:

Tabel B.22 Energi Keluar (Q12) dari Wash Tank (WT-401)


(kg/jam)

Panas

(kJ/jam)

Trigliserida 2.546,501936 77,38514

FFA 47,9822398 0,07019

Metanol 137,20517 14.066,83182

H2SO4 0,0117551 0,68677

Metil ester 50.323,9267 3.576.831,93674

Air 15.942,62152 3.575.208,66794

Impuritis 2,3130457 0,12170

Gliserol 50,63447 5.822,12534

NaOH 25,46502 2.246,28311

Total 69.076,66185 7.174.254,66

Tabel B.23 Neraca Panas pada Wash Tank (WT-401)Panas Masuk (kJ/jam) Panas Keluar (kJ/jam)

Q10 4.049.147,499

Q12 7.174.254,66

Q11 3.125.107,161

Total 7.174.254,66 Total 7.174.254,66

B.8.7 Evaporator I (FE-501)

Gambar B.7 Alur Neraca Panas pada Evaporator I(FE-501)

Kondisi operasi:

T masuk = 65oC

T keluar = 90 oC

a. Panas Masuk ke Evaporator I (FE-501)

Bahan masuk ke dalam evaporator I (FE-501) pada suhu 65oC sesuai dengan

panas yang keluar dari wash tank. Untuk menghitung panas yang masuk ke

evaporator I (FE-501) dapat menggunakan persamaan:

Q = m ∫

Tref

T

Cp dT

Q15 = …..Air = ……

Q13= ….. Steam Metanol = …… Q14= …..T = 65 oC T = 90 oCTrl = ….. Q15 Trl = …..FFA = ….. FFA = …..Gliserol = ….. Q13 Q14 Gliserol = …..Metil ester = ….. Metil ester = …..Air = ….. Air = …..Metanol = ….. H2SO4 = …..H2SO4 = ….. Impuritis = …..Impuritis = ….. Kondensat NaOH = …..NaOH = …..

EVAPORATOR I

Tabel B.24 Energi Masuk (Q13) ke Evaporator I (FE-501)


(kg/jam)

Panas

(kJ/jam)

Trigliserida 2.546,501936 77,38514

FFA 47,9822398 0,07019

Metanol 1,3720517 140,66832

H2SO4 0,000117551 0,00687

Metil ester 50.323,9267 3.576.831,93674

Air 159,4262152 35.752,08668

Impuritis 2,3130457 0,12170

Gliserol 0,5063447 58,22125

NaOH 0,2546502 22,46283

Total 53.082,2833 3.612.882,96

b. Panas Keluar (Q15) dari Evaporator I (FE-501)

Panas yang keluar dari evaporator I (FE-501) pada suhu 90 oC.Suhu ini dipilih

agar semua metanol yang terkandung di dalam bahan teruapkan semua dan hanya

tersisa 10% air.

m = 1,3720517kg/jam

= 0,04287 kmol/jam

Cp = 40,152 + 0,31046 T – 1,0291 x 10-3 T2 + 1,4598 x 10-6 T3

Q = m ∫

Tref

T

Cp dT

Q = 0,04287x∫

Tref

T

(40,152 + 0,31046 T – 1,0291 x10-3 T2 + 1,4598 x 10-6 T3)

Q = 0,04287x 40,152 T +

0,310462 T2 -

1,0291 x 10-3

3 T3 +

1,4598 x 10-6

4 T4

Q = 0,04287x (2.609,88 + 6.669,45695 – 7.330,12665 + 3.458,60157)

Q = 0,04287x 5.407,81187

QMetanol = 231,8329 kJ/jam

Dengan cara yang sama seperti yang di atas, maka panas air yang keluar (Q15) dari

evaporator I (FE-501) sebagai berikut:

Tabel B.25 Energi Keluar (Q15) pada Evaporator I (FE-501)


Metanol 1,37205 231,8684

Air 143,483598 38.970,3264

Total 144,855648 39.202,1948

c. Panas Keluar (Q14) dari Evaporator I (FE-501)

Panas produk yang keluar dari evaporator I (FE-501) pada suhu 90 oC.Komponen yang keluar tidak ada lagi mengandung metanol.


m = 0,50634 kg/jam

= 0,0055 kmol/jam

Cp = 132,145 + 0,86007 T – 1,9745 x 10-3 T2 + 1,8068 x 10-6 T3

Q = 0,0055x ∫

Tref

T

(132,145 + 0,86007 T – 1,9745 x 10-3 T2 + 1,8068 x 10-6 T3) dT

Q = 0,0055x 132,145 T +

0,860072 T2 -

1,9745 x 10-3

3 T3 +

1,8068 x 10-6

4 T4

Q = 0,0055x (8.589,425 + 18.476,45378 – 9.141,94487 + 2.689,93529)

QGliserol = 0,0055kmol/jam x 17.282,53245 kJ/mol

QGliserol = 95,05393 kJ/jam

Dengan cara yang sama seperti yang di atas, maka panas komponen lain yang keluar

(Q14) dari evaporator I (FE-501) sebagai berikut:

Tabel B.26 Energi Keluar (Q14) pada Evaporator I (FE-501)


(kg/jam)

Panas

(kJ/jam)

Trigliserida 2.546,501936 126,88783

FFA 47,9822398 0,11509

H2SO4 0,000117551 1,12528

Metil ester 50.323,9267 5.871.881,431

Air 15,942622 5.850,4137

Impuritis 2,3130457 0,19954

Gliserol 0,5063447 95,05393

NaOH 0,2546502 36,42357

Total 52.937,42765 5.877.991,65





ΔQ = Qout-Qin

= 5.917.193,845- 3.612.882,96

= 2.304.310,885 kJ/jam

ΔH = HV - HL

= 2.706 kJ/kg – 503,7 kJ/kg

= 2.202,3 kJ/kg

Jumlah steam (m) =

ΔQΔH

=

2.304 .310,885 kJ/jam 2 .202,3 kJ/kg

m = 1.046,32016 kg/jam


Qsin = m x HV

= 1.046,32016kg/jam x 2.706 kJ/kg

= 2.831.342,353 kJ/jam


Qso = m x HL

= 1.046,32016kg/jam x 503,7 kJ/kg

= 527.031,4646 kJ/jam

Tabel B.27 Neraca Panas pada Evaporator I (FE-501)Panas Masuk (kJ/jam) Panas Keluar (kJ/jam)

Q13 3.612.882,96Q14 5.877.991,65

Q15 39.202,1948

QS.in 2.831.342,353 QSo 527.031,4646

Total 6.444.225,313 Total 6.444.225,313

B.8.8 HeaterII

Q14 = 5.877.991,65 kJ/jam QSi= …..Q15=Trl = ….. Trl = …..FFA = ….. FFA = …..Metil ester = ….. Q14 Q15Metil ester = …..Air = ….. Air = …..H2SO4 = ….. H2SO4 = ….. Impuritis = ….. Impuritis = …..Gliserol = ….. Gliserol = …..NaOH = ….. QSo = ….. NaOH = …..T = 90 oC

Gambar B.8 Alur Neraca Panas pada Heater II

Keterangan:

Q14 = Aliran panas bahan masuk heater

Q15 = Aliran panas keluar heater

Qsi = Aliran panas yang di bawa steam masuk

Qso = Aliran panas yang dibawa kondensat keluar

Kondisi operasi:

T masuk = 90 oC = 363 K


T steam = 120 oC = 393 K

a. Panas bahan baku masuk pada T = 363 K

Panas yang masuk ke heater II merupakan panas yang berasa dari hasil

pemisahan komponen menggunakan evaporator I pada 90 oC.

Tabel B.28 Energi Masuk (Q14) pada HeaterII


(kg/jam)

Panas

(kJ/jam)

Trigliserida 2.546,501936 126,88783

FFA 47,9822398 0,11509

H2SO4 0,000117551 1,12528

Metil ester 50.323,9267 5.871.881,431

Air 15,942622 5.850,4137

Impuritis 2,3130457 0,19954

Gliserol 0,5063447 95,05393

NaOH 0,2546502 36,42357

Total 52.937,42765 5.877.991,65

b. Panas bahan baku keluar pada T = 573 K


komponen yang keluar dari heaterII dapat diketahui

Tabel B.29 Panas keluar (Q15) pada Heater II


(kg/jam)

Panas

(kJ/jam)

Trigliserida 2.546,501936 588,92074

FFA 47,9822398 0,53392

H2SO4 0,000117551 5,10407

Metil ester 50.323,9267 27.993.376,32

Air 15,942622 28.415,80996

Impuritis 2,3130457 0,92571

Gliserol 0,5063447 429,38481

NaOH 0,2546502 154,81067

Total 52.937,42765 28.022.971,81

d. Menghitung kebutuhan pemanas (Steam)




ΔQ = Qout-Qin

= 28.022.971,81- 5.877.991,65

= 22.144.980,16 kJ/jam

ΔH = HV - HL

= 2.706 kJ/kg –503,7 kJ/kg

= 2.202,3 kJ/kg

Jumlah steam (m) =

ΔQΔH

=

22 .144 .980,16 kJ/jam 2 .202,3 kJ/kg

m = 10.055,38762 kg/jam


Qsi = m x HV

= 10.055,38762 kg/jam x 2.706 kJ/kg

= 27.209.878,91 kJ/jam


Qso = m x HL

= 10.055,38762 kg/jam x 503,7kJ/kg

= 5.064.898,744 kJ/jam

Tabel B.30 Neraca Panas pada Heater IIPanas Masuk (kJ/jam) Panas Keluar (kJ/jam)

Q14 5.877.991,65 Q15 28.022.971,81

Qsi 27.209.878,91 Qso 5.064.898,744

Total 33.087.870,56 Total 33.087.870,56

B.8.9 Heater III

QSi

Q16 = ….. Q16 Q17 = …..H2 =….. H2 =…..T = 30 oC Q17 T = 30 oC

QSo

Gambar B.9 Alur Neraca Panas pada Heater III

Kondisi operasi:

T masuk = 30 oC = 303 K


T steam = 120 oC = 393 K

a. Panas Hidrogren Masuk dan Keluar

m = 20.129.570,68 kg/jam

m = 10.064.785,34 kmol/jam

Cp = 25,399 + 2,0178 x 10-2 – 3,8549 x 10-5 + 3,1880 x 10-8 – 8,7585 x 10-12

Q = m ∫

Tref

T

Cp dT

B.31 Panas Masuk (Q15) dan Panas Keluar (Q16) pada Heater III


(kg/jam)

Panas Masuk

(kJ/jam)

Panas Keluar

(kJ/jam)

H2 20.129.570,68 1.448.077.398,2854 80.680.617.664,2271

Total 20.129.570,68 1.448.077.398,2854 80.680.617.664,2271

b. Menghitung kebutuhan pemanas (Steam)




ΔQ = Qout-Qin

= 80.680.617.664,2271- 1.448.077.398,2854

= 79.232.540.265,9417kJ/jam

ΔH = HV - HL

= 2.706 kJ/kg –503,7 kJ/kg

= 2.202,3 kJ/kg

Jumlah steam (m) =

ΔQΔH

=

79 .232 .540.265,9417 kJ/jam 2.202,3 kJ/kg

m = 35.977.178,53kg/jam


Qsi = m x HV

= 35.977.178,53kg/jam x 2.706 kJ/kg

= 97.354.245.089,06kJ/jam


Qso = m x HL

= 35.977.178,53kg/jam x 503,7kJ/kg

= 18.121.704.823,12kJ/jam

Tabel B.32 Neraca Panas pada Heater IIIPanas Masuk (kJ/jam) Panas Keluar (kJ/jam)

Q16 1.448.077.398,2854 Q17 80.680.617.664,2271

Qsi 97.354.245.089,06 Qso 18.121.704.823,12

Total 98.802.322.487,3461 Total 98.802.322.487,3461

B.8.10 Reaktor Hidrogenasi (R-303)

Gambar B.10 Alur Neraca Panas pada Reaktor Hidrogenasi (R-303)

Kondisi operasi:

T15 masuk = 300oC = 573 K

T16 masuk = 300oC = 573 K

a. Panas Masuk (Q15)ke Reaktor Hidrogenasi (R-303)

Bahan masuk ke dalam reaktor hidrogenasi (R-303) pada suhu 300 oC, dengan

menggunakan T referensi 25 oC, maka panas yang diberikan bahan baku mengikuti

persamaan:

Q = m ∫

Tref

T

Cp dT

Tabel B.33 Energi Masuk (Q15) pada Reaktor Hidrogenasi (R-303)

Q15 = 28.022.971,81 kJ/jam Q17 = …..Trl = ….. Trl = …..FFA = ….. Q15 Q17 FFA = …..Gliserol = ….. Gliserol = …..Metil ester = ….. Metil ester = …..Air = ….. Air = …..Impuritis = ….. Q16 Impuritis = …..NaOH = ….. Q16 = ….. NaOH = ……

H2 = ….. Fatty Alcohol = …..

REAKTORHIDROGENASI


(kg/jam)

Panas

(kJ/jam)

Trigliserida 2.546,501936 588,92074

FFA 47,9822398 0,53392

H2SO4 0,000117551 5,10407

Metil ester 50.323,9267 27.993.376,32

Air 15,942622 28.415,80996

Impuritis 2,3130457 0,92571

Gliserol 0,5063447 429,38481

NaOH 0,2546502 154,81067

Total 52.937,42765 28.022.971,81

b. Panas Hidrogen Masuk ke Dalam Reaktor Hidrogenasi (R-303)

Panas hidrogen yang masuk ke dalam reaktor hidrogenasi (R-303) pada suhu

300oC.Diperoleh panas yang dihasilkan oleh hidrogen sebagai berikut:

Tabel B.34 Panas Masuk (Q16) pada Reaktor Hidrogenasi (R-303)


(kg/jam)

Panas Keluar

(kJ/jam)

H2 20.129.570,68 80.680.617.664,2271

Total 20.129.570,68 80.680.617.664,2271

c. Panas Keluar dari Reaktor Hidrogenasi (R-303)

Panas bahan yang keluar dari reaktor hidrogenasi (R-303) pada suhu 300oC.


m = 2.546,501936 kg/jam

= 3,0065kmol/jam

Cp = 0,451 + 6 x 10-4 T

Q = m ∫

Tref

T

Cp dT


Tref

T

(0,451 + 6 x 10-4 T) dT


2 (T2 – T2

ref)

QTrl = 3,0065 kmol/jam x 0,451 (573 - 298) + 6 x10−4

2 (5732 – 2982)

QTrl = 3,0065kmol/jam x (124,025 + 71,8575)

QTrl = 588,92074 kJ/jam

Tabel B.35 Energi Keluar (Q17) dari Reaktor Hidrogenasi (R-303)


(kg/jam)

Panas

(kJ/jam)

Trigliserida 2.546,501936 588,92074

FFA 47,9822398 0,53392

H2SO4 0,000117551 5,10407

Metil ester 50.323,9267 27.993.376,32

Air 15,942622 28.415,80996

Impuritis 2,3130457 0,92571

Gliserol 0,5063447 429,38481

NaOH 0,2546502 154,81067

H2 20.128.925,68 80.680.617.664,2271

Metanol 5.159,9744 4.713.212,0711

Fatty Alcohol 41.223,91876 32.115.479,6238

Total 20.228.247,00081 80.745.469.327,7314

d. Menghitung Panas Reaksi

Reaksi :

CuCr

RCOOCH3 + 2H2 RCH2OH + CH3OH





r = 161,196925 kmol/jam


a). Metil ester

Δ HF Metil ester = -639,461 kj/kmol

b). H2

Δ HH2 = 117 kj/kmol


a). Fatty Alcohol

Δ HF Fatty Alcohol = 640kj/kmol

b). Metanol

Δ HFMetanol = -201,17kj/kmol

ΔHr = (Δ HF Fatty Alcohol+Δ HFMetanol ) – (Δ Hmetil ester+ Δ HF H2)

= (640– 201,17) – (-639,461 + 117)

ΔHr = -83,631 kj/kmol

r. ΔH = 161,196925kmol/jam x-83,631 kj/kmol

= -13.481,06kj/jam

Nilai di atas menunjukkan bahwa panas reaktor eksotermis, sehingga diperlukan

air pendingin sebagai penyerap panas reaktor yang berlebih.

e. Menghitung Kebutuhan Pendingin

Pendingin yang digunakan adalah air pada suhu 25 oC.

Enthalpi saturatedvapour HV = 2.547,2 kJkg

Enthalpy saturated liquid HL = 104,89 kJ/kg (Geankoplis, 1993)


= -13.481,06 kJ/jam + 36.828.691,69 kJ/jam

= 36.815.210,63kJ/jam

ΔH = HV - HL

= 2.547,2 kJ/jam – 104,89 kJ/kg

= 2.442,31 kJ/kg

Jumlah steam (m) =

ΔQΔH

=

36 . 815 .210,63 kJ/jam2 . 442,31 kJ/kg

m = 15.073,93027kg/jam


Qs.in= m x HV

= 15.073,93027 kg/jam x 2.547,2kJ/kg

= 38.396.315,18kJ/jam

Panas yang dibawa keluar condensat:

Qso = m x HL

= 15.073,93027 kg/jam x 104,89 kJ/kg

= 1.581.104,546kJ/jam

Tabel B.36 Neraca Panas pada Reaktor Hidrogenasi (R-303)Panas Masuk (kJ/jam) Panas Keluar (kJ/jam)

Q15 28.022.971,81 Q17 80.745.469.327,7314

Q16 80.680.617.664,2271 Qreaksi -13.481,06

QS.in 38.396.315,18 QSo 1.581.104,546

Total 80.747.036..951,2174 Total 80.747.036..951,2174

B.8.11 Evaporator III (FE-503)

Gambar B.11 Alur Neraca Panas pada Evaporator III (FE-503)

Kondisi operasi:

T masuk =70oC

T keluar = 90 oC

a. Panas Masuk ke Evaporator III (FE-503)

Bahan masuk ke dalam evaporator III (FE-503) pada suhu 70oC. Untuk

menghitung panas yang masuk ke evaporator III (FE-503) dapat menggunakan

persamaan:

Q19 =….. Steam Metanol = …..

Q18 = ….. Q19 Q20 = …..Trigliserida = ….. Trigliserida = ….FFA = ….. FFA = …..Metil ester = ….. Q18 Q20 Metil ester = …..Metanol = ….. Metanol = …..Fatty Alcohol = ….. Fatty Alcohol = …..

EVAPORATOR III

Q = m ∫

Tref

T

Cp dT

Tabel B.37 Energi Masuk (Q18) ke Evaporator III (FE-503)


(kg/jam)

Panas

(kJ/jam)

Trigliserida 2.546,501936 0.4115

FFA 47,9822398 0.0789

Metanol 5.159,9744 595.499,4827

Metil ester 4.585,0384 369.675,4959

Fatty Alcohol 41.223,91876 4.647.278,211

Total 53.582,43239 5.612.453,68

b. Panas Keluar (Q19) dari Evaporator III (FE-503)

Panas yang keluar dari evaporator III (FE-503) pada suhu 90 oC.Suhu ini

dipilih agar semua metanol yang terkandung di dalam bahan teruapkan semua.

m = 5.159,9744 kg/jam

= 161,2492 kmol/jam

Cp = 40,152 + 0,31046 T – 1,0291 x 10-3 T2 + 1,4598 x 10-6 T3

Q = m ∫

Tref

T

Cp dT

Q = 161,2492x∫

Tref

T

(40,152 + 0,31046 T – 1,0291 x10-3 T2 + 1,4598 x 10-6 T3)

Q = 161,2492x 40,152 T +

0,310462 T2 -

1,0291 x 10-3

3 T3 +

1,4598 x 10-6

4 T4

Q = 161,2492x (2.609,88 + 6.669,45695 – 7.330,12665 + 3.458,60157)

Q = 161,2492x 5.407,81187

QMetanol = 872.005,3378 kJ/jam

Tabel B.38 Energi Keluar (Q19) pada Evaporator III (FE-503)


Metanol 5.159,9744 872.005,3378

Total 5.159,9744 872.005,3378

c. Panas Keluar (Q20) dari Evaporator III (FE-503)

Panas produk yang keluar dari evaporator III (FE-503) pada suhu 90 oC.Komponen yang keluar tidak ada lagi mengandung metanol.

Contoh perhitungan fatty alcohol:

m = 41.223,91876 kg/jam

= 161,2514 kmol/jam

Cp = 50,508 + 3,5963 T – 7,5402 x 10-3 T2 + 6,4420 x 10-6 T3

Q = 161,2514x ∫

Tref

T

(50,508 + 3,5963 T – 7,5402 x 10-3 T2 + 6,4420 x 10-6 T3) dT

Q = 161,2514x 50,508 T +

3,59632 T2 -

7,5402 x 10-3

3 T3 +

6,4420 x 10-6

4 T4

Q = 161,2514x (3.283,02 + 77.257,51475 – 53.707,72614 + 15.262,57796)

QFatty Alcohol = 161,2514kmol/jam x 42.095,38657 kJ/mol

QFatty Alcohol = 6.787.940,018kJ/jam

Dengan cara yang sama seperti yang di atas, maka panas komponen lain yang keluar

(Q20) dari evaporator III (FE-503) sebagai berikut:

Tabel B.39 Energi Keluar (Q20) pada Evaporator III (FE-503)


(kg/jam)

Panas

(kJ/jam)

Trigliserida 2.546,501936 126,88783

FFA 47,9822398 0,11509

Metil ester 4.585,0384 539.457,4458

Fatty Alcohol 41.223,91876 6.787.940,018

Total 48.422,45799 7.327.524.487





ΔQ = Qout-Qin

= 8.199.529,805–5.612.453,68

= 2.587.076,125 kJ/jam

ΔH = HV - HL

= 2.706 kJ/kg – 503,7 kJ/kg

= 2.202,3 kJ/kg

Jumlah steam (m) =

ΔQΔH

=

2.587 .076,125 kJ/jam 2 .202,3 kJ/kg

m =1.174,7156 kg/jam


Qsin = m x HV

= 1.174,7156kg/jam x 2.706 kJ/kg

= 3.178.780,414 kJ/jam


Qso = m x HL

= 1.174,7156kg/jam x 503,7 kJ/kg

= 591.704,268 kJ/jam

Tabel B.40 Neraca Panas pada Evaporator III (FE-503)Panas Masuk (kJ/jam) Panas Keluar (kJ/jam)

Q18 5.612.453,68Q19 872.005,3378

Q20 7.327.524,487

QS.in 3.178.780,414 QSo 591.704,268

Total 8.791.234,094 Total 8.791.234,094

B.8.12 CoolerII

Gambar B.12 Alur Neraca Panas pada Cooler II

Kondisi operasi:

Air pendingin

Q20 = …. Q21 = …..Trigliserida = ….. Trigliserida = …..FFA = ….. Q20 Q21FFA = …..Metil ester = ….. Metil ester = …..Fatty ALCOHOL = ….. Fatty Alcohol = …..

Kondensat

COOLER II

T masuk = 90 oC

T keluar = 30 oC

a. Panas Masuk (Q20) ke Cooler II

Panas yang masuk ke dalam cooler II pada suhu 90 oC, panas ini adalah panas

yang keluar dari evaporator III (FE-503).

Tabel B.41 Energi Masuk (Q20) pada Cooler II


(kg/jam)

Panas

(kJ/jam)

Trigliserida 2.546,501936 126,88783

FFA 47,9822398 0,11509

Metil ester 4.585,0384 539.457,4458

Fatty Alcohol 41.223,91876 6.787.940,018

Total 48.422,45799 7.327.524.487

b. Panas Keluar dari Cooler II (Q21)

Panas yang keluar dari cooler II diharapkan pada suhu 30 oC, sehingga produk

yang keluar dari cooler siap disimpan pada tangki penampung.

Contoh perhitungan fatty alcohol:

m = 41.223,91876 kg/jam

= 161,2514 kmol/jam

Cp = 50,508 + 3,5963 T – 7,5402 x 10-3 T2 + 6,4420 x 10-6 T3

Q = 161,2514x ∫

Tref

T

(50,508 + 3,5963 T – 7,5402 x 10-3 T2 + 6,4420 x 10-6 T3) dT

Q = 161,2514x 50,508 T +

3,59632 T2 -

7,5402 x 10-3

3 T3 +

6,4420 x 10-6

4 T4

Q = 161,2514x (252,54 + 5.403,44075 – 3.404,48827 + 874,08609)

QFatty Alcohol = 161,2514kmol/jam x 3.125,57878 kJ/mol

QFatty Alcohol = 504.003,9211 kJ/jam

Dengan cara yang sama seperti diatas maka diperoleh panas komponenyang keluar

dari alat coolerII adalah sebagai berikut:

Tabel B.42 Energi Keluar (Q21) pada Cooler II


(kg/jam)

Panas

(kJ/jam)

Trigliserida 2.546,501936 9,49

FFA 47,9822398 0,0086

Metil ester 4.585,0384 39.866,0592

Fatty Alcohol 41.223,91876 504.003,9211

Total 48.422,45799 543.879,4789

c. Menghitung Kebutuhan Pendingin

Pendingin yang digunakan adalah airpada suhu 30 oC

Enthalpi saturatedvapour HV = 2.556,4 kJ/kg


ΔQ = Qout-Qin

= 543.879,4789 -7.327.524.487

= -6.783.645,008 kJ/jam

ΔH = HV - HL

= 2.556,4 kJ/kg – 125,7 kJ/kg

= 2.430,7 kJ/kg

Jumlah steam (m) =

ΔQΔH

=

-6 . 783 .645,008 kJ/jam 2. 430,7 kJ/kg

m = -2.790,81952 kg/jam


Qsin = m x HV

= -2.790,81952kg/jam x 2.556,4kJ/kg

= -7.134.451,021 kJ/jam


Qso = m x HL

= -2.790,81952 kg/jam x 125,7 kJ/kg

= -350.806,0137 kJ/jam

Tabel B.43 Neraca Panas pada Cooler IIPanas Masuk (kJ/jam) Panas Keluar (kJ/jam)

Q20 7.327.524.487 Q21 543.879,4789

QS.in -7.134.451,021 QSo -350.806,0137

Total 193.073,466 Total 193.073,466

Lampiran b Neraca Energi Acc

Documents

Transcript of Lampiran b Neraca Energi Acc