PERHITUNGAN NERACA PANAS Data-data yang dibutuhkan: 1. Kapasitas panas masing-masing komponen gas Cp = A + BT + CT2 + DT3 Sehingga Cp dT = AT
B 2 C 3 D 4 T T T 2 3 4
Keterangan: Cp
= kapasitas panas (kJ/kmol.K)
A, B, C, D = konstanta T
= suhu (K) Komponen
A
B
C
D
E
CH3OH
40.046
-3.8287.10-2
2.4529.10-4
-2.1679.10-7
5.9909.10-11
H2O
33.933
-8.4186.10-3
2.9906.10-5
-1.7825.10-8
3.6934.10-12
O2
29.526
-8.8999.10-3
3.8083.10-5
-3.2629.10-8
8.8607.10-12
N2
29.342
-3.5395.10-3
1.0076.10-5
-4.3116.10-9
2.5935.10-13
Ar
20.786
CO2
27.437
4.2315.10-2
-1.9555.10-5
3.9968.10-9
-2.9872.10-13
CH2O
34.428
-2.9779.10-2
1.5104.10-4
-1.2733.10-7
3.3887.10-11
CO
29.556
-6.5807.10-3
2.0130.10-5
-1.2227.10-8
2.2617.10-12 (Yaws, 1999)
2. Kapasitas panas masing-masing komponen cair Cp = C1 + C2T + C3T2 + C4T3 + C5T4 (satuan dalam J/kmol.K) Sehingga Cp dT = C1T
C 2 2 C3 3 C 4 4 C5 5 T T T T 2 3 4 5
Komponen
C1
C2
C3
CH3OH
105,800
-362.23
0.9379
H2O
276,370
-2,090.1
8.125
CH2O
61,900
28.3
C4
C5
-0.014116
0.00000937
(Perry, 1934)
3. Konstanta Antoine Komponen
A
B
C
CH3OH
8.08097
1,582.271
239.726
H2O
8.07131
1,730.63
233.426 (Perry, 1934)
Rumus:
log Psat = A – [B/(T + C)] K = Psat/Ptotal
Keterangan: Psat
= tekanan uap murni (Torr)
T
= suhu operasi (oC)
Ptotal
= tekanan operasi (Torr)
4. Data menghitung panas penguapan Tn (K)
Tc (K)
Hn
CH3OH
337.8
512.6
8,526
H2O
373.2
647.1
9,717
Komponen
(Yaws, 1999)
Tc T Rumus: Hv Tc Tn
0, 38
.Hn
Keterangan: Tn
= titik didih normal (K)
Tc
= titik kritis (K)
T
= suhu operasi (K)
Hn
= panas penguapan pada TD normal (kal/mol)
Hv
= panas penguapan pada suhu operasi (kal/mol)
Perhitungan Neraca Panas Basis perhitungan
: 1 jam operasi
Suhu referensi
: 298 K
Satuan panas
: kkal/jam
Satuan Cp
: kkal/kmol
Satuan Tekanan
: atm
Neraca panas masing-masing alat
1. Vaporizer (V-01) Fungsi
: Merubah fase fresh feed methanol cair menjadi fase gas
Tujuan
: a. Menghitung kebutuhan panas untuk mengubah fase metanol b. Menghitung kebutuhan pemanas
Q kondensat Q in Tin = 303 K P1 = 1.4 atm
Q out Tout = ? P2=1.5 atm
V - 01
Q steam
a. Menghitung kebutuhan panas untuk mengubah fase fresh feed methanol 1) Menentukan titik didih log Psat
= A – [B / (T + C)]
K
= Psat / Ptotal
Ptotal
= 1.4 atm = 1064 Torr
Y
= K.X
Komponen
Laju Molar (kmol/jam)
Xi
P sat
Ki
Yi
CH3OH
102.68
0.997
1,066.17
1.00
0.9994
H2O
0.27
0.003
269.70
0.25
0.0007
Total
102.95
1.00
1.0000
Dari data diperoleh T bubble = 346.4 K = 73.4 0C 2) Menentukan panas masuk vaporizer Umpan masuk pada suhu 303 K = 30oC Massa
Cp.dT
(kmol/jam)
(J/kmol)
CH3OH
102.68
408,222.22
98.21
10,083.30
H2O
0.27
376,744.41
90.63
24.83
Total
102.95
Komponen
Cp.dT
Q
(Kkal/Kmol) (Kkal/jam)
10,108.13
3) Menentukan panas sensible cairan T awal
= 303 K = 300C
T akhir
= 346.4 K = 73.4 0C Massa
Cp.dT
(kmol/jam)
(J/kmol)
CH3OH
102.68
3,785,088.31
904.27
92,845.89
H2O
0.27
3,267,973.75
780.73
213.91
Total
102.95
Komponen
Cp.dT
Q
(kkal/kmol) (kkal/jam)
93,059.80
4) Menentukan panas laten penguapan T awal
= 303 K = 300C
T akhir
= 346.4 K = 73.4 0C Massa
∆ Hv
Q
(kmol/jam)
(kkal/kmol)
(kkal/jam)
CH3OH
102.68
8364.10
858785.14
H2O
0.27
10067.88
2758.43
Total
102.95
Komponen
5) Menghitung panas yang harus disediakan Q = Q sensible cairan + Q penguapan – Q input = 93,059.80+ 861543.57- 10,108.13 = 944,495.23 kkal/jam
861543.57
b. Menghitung kebutuhan pemanas Untuk pemanas digunakan saturated steam dengan suhu 100oC dan tekanan 1 atm yang mempunyai panas penguapan = 539.05 kkal/kg. (Smith & Van Ness, 1949) Sehingga massa steam yang dibutuhkan:
944,495.23 kkal/jam 1752 .14 kg / jam 539.05 kkal / kg
Neraca Panas Overall di Vaporizer (V-01) Komponen
Input (kkal/jam)
Output (kkal/jam)
CH3OH
10083.30
92,845.89
H2O
24.83
213.91 861543.57
Q penguapan Q pemanas
944,495.23
Total
954,603.36
954,603.36
2. Mixer (M-01) Fungsi
: Mencampurkan udara lingkungan dengan recycle gas dari absorber
Tujuan
: Menghitung panas udara keluar Mixer-01 Q2 T2 = 303 K P2 = 1 atm Q1 T1 = 303 K P1 = 1 atm
Q3 T3 = 303 K P3 = 1 atm
M-01
1) Menghitung panas masuk mixer Panas udara fresh feed: T = 303 K = 300C
Komponen
Massa
Cp.dT
Cp.dT
Q
(kmol/jam)
(kJ/kmol)
(kkal/kmol) (kkal/jam)
H2O
1.36
168.25
40.20
54.54
O2
77.36
147.39
35.21
2,724.00
N2
291.03
145.37
34.73
10,106.99
Total
369.75
93,059.80
Panas gas recycle absorber: T = 303 K = 300C Massa
Cp.dT
(kmol/jam)
(kJ/kmol)
CH3OH
0.47
226.48
54.11
25.16
H2O
279.87
168.25
40.20
11,249.44
O2
133.31
147.39
35.21
4,694.12
N2
1455.14
145.37
34.73
50,534.96
CO
41.78
145.41
34.74
1,451.30
CH2O
0.52
179.70
42.93
22.16
Total
1911.08
Komponen
Cp.dT
Q
(kkal/kmol) (kkal/jam)
67977.15
2) Menghitung panas udara keluar mixer T = 303 K = 300C Massa
Cp.dT
(kmol/jam)
(kJ/kmol)
CH3OH
0.37
226.48
54.11
20.13
H2O
225.25
168.25
40.20
9,054.09
O2
184.01
147.39
35.21
6,479.30
N2
1455.14
145.37
34.73
50,534.96
CO
33.42
145.41
34.74
1,161.04
CH2O
0.41
179.70
42.93
17.73
Total
1898.61
Komponen
Cp.dT
Q
(kkal/kmol) (kkal/jam)
67267.26
Neraca Panas Overall di Mixer (M-01) Komponen
Input (kkal/jam) umpan udara
Output (kkal/jam)
gas recycle
udara
25.16
20.13
CH3OH H2O
40.20
11,249.44
9,054.09
O2
35.21
4,694.12
6,479.30
N2
34.73
50,534.96
50,534.96
CO
1,451.30
1,161.04
CH2O
22.16
17.73
Total
67267.26
67267.26
3. Blower (B-01) Fungsi : Menaikkan tekanan udara dari 1 atm menjadi 1.4 atm Tujuan : a. Menentukan suhu keluar blower b. Menghitung panas yang dihasilkan akibat kompresi
Q1 T1 = 303 K P1 = 1 atm
Q2 T2= ? P1 = 1.4 atm
B-01
Q yang dihasilkan
Untuk mencari suhu keluar dari blower, diasumsikan kenaikan tekanan secara adiabatis. Sehingga memenuhi persamaan:
P T2 T1 2 P1 Di mana, γ =
Cpcampuran Cvcampuran
Cvcampuran
Dengan,
1
= Cpcampuran – R
T2
= Suhu keluar blower (T akibat kompresi)
R
= 1.987 kkal/kmol.K
(Smith & Van Ness, 1949)
a. Menentukan suhu keluar Blower T = 303 K = 30oC Komponen
Massa (kmol/jam)
yi
Cpi.dT
Cpi.dT
yi.Cpi.dT
(kJ/kmol)
(kkal/kmol)
(kkal/kmol)
CH3OH
0.37
0.000
226.48
54.11
0.01
H2O
225.25
0.119
168.25
40.20
4.77
O2
184.01
0.097
147.39
35.21
3.41
N2
1455.14
0.766
145.37
34.73
26.62
CO
33.42
0.018
145.41
34.74
0.61
CH2O
0.41
0.000
179.70
42.93
0.01
Total
1898.61
1.00
35.43
Cp campuran = 35.43 kkal / kmol.K Cv campuran = 35.43– 1,987 = 33.44 kkal/ kmol.K γ
=
Cpcampuran 35.43 1.059 Cvcampuran 33 .44
1 0.0561
m
T2
1.4 P2 = T1 = 1 P1
0.0561
303 = 308.77 K = 35.77oC
b. Panas yang dihasilkan akibat kompresi T masuk = 30 oC = 303 K T keluar = 35.77oC = 308.77 K Massa
Cp.dT
Cp.dT
Q
(kmol/jam)
(kJ/kmol)
(kkal/kmol)
(kkal/jam)
CH3OH
0.37
263.23
62.89
23.40
H2O
225.25
194.39
46.44
10460.75
O2
184.01
170.34
40.69
7488.15
N2
1455.14
167.86
40.10
58352.74
CO
33.42
167.94
40.12
1340.93
Komponen
CH2O
0.41
Total
1898.61
208.39
49.79
20.56 77686.52
Neraca Panas Overall di Blower (B-01) Komponen
Input (kkal/jam)
Output (kkal/jam)
CH3OH
20.13
43.53
H2 O
9,054.09
19514.84
O2
6,479.30
13967.45
N2
50,534.96
108887.70
CO
1,161.04
2501.97
CH2O
17.73
38.29
Panas dihasilkan
77686.52
Total
144,953.78
144,953.78
4. Preheater (HE-01) Fungsi
: Menaikkan suhu udara dengan memanfaatkan panas reaksi
Tujuan
: a. Menghitung panas udara masuk preheater b. Menghitung panas udara keluar preheater c. Menghitung kebutuhan dowtherm Q4 (dowtherm A) T4 = 448 K
Q1 T1 = 308.77 K P1 = 1.4 atm
M-02
Q3 (dowtherm A) T3 = 478 K
Q2 T2 = ? P2 = 1.4 atm
a. Menghitung panas udara masuk preheater T masuk = T keluar B-01 = 308.77 K = 35.77 oC Massa
Cp.dT
Cp.dT
Q
(kmol/jam)
(kJ/kmol)
(kkal/kmol)
(kkal/jam)
CH3OH
0.37
489.72
116.99
43.53
H2O
225.25
362.64
86.64
19514.84
O2
184.01
317.72
75.90
13967.45
N2
1455.14
313.22
74.83
108887.70
CO
33.42
313.36
74.86
2501.97
CH2O
0.41
388.09
92.72
38.29
Total
1898.61
Komponen
144953.78
b. Menghitung panas udara keluar preheater T keluar = 523.40 K = 250.40C Massa
Cp.dT
Cp.dT
Q
(kmol/jam)
(kJ/kmol)
(kkal/kmol)
(kkal/jam)
CH3OH
0.37
11,844.62
2829.71
1052.75
H2O
225.25
7,762.83
1854.56
417741.27
O2
184.01
6,833.21
1632.47
300396.17
N2
1455.14
6,608.35
1578.75
2297310.19
CO
33.42
6,648.79
1588.41
53086.27
CH2O
0.41
9,002.47
2150.72
888.30
Total
1898.61
Komponen
3070474.95
Q yang harus ditambahkan = 144,953.78 - 3,070,474.95 = -2,925,521.17 kkal/jam c. Menghitung kebutuhan dowtherm Untuk pemanas digunakan Dowtherm A cair dengan suhu masuk 205oC dan suhu keluar 175oC yang mempunyai kapasitas panas Cp = 2.0235 kJ/kg.K. Sehingga massa Dowtherm A yang dibutuhkan:
=
2,925 ,521 .17 kkal / jam 2.0235 kkal / kg.K (478 448 ) K
= 188,801.21 kg/jam Neraca Panas Overall di Preheater (HE-01) Komponen
Input (kkal/jam)
Output (kkal/jam)
CH3OH
43.53
1052.75
H2 O
19514.84
417741.27
O2
13967.45
300396.17
N2
108887.70
2297310.19
CO
2501.97
53086.27
CH2O
38.29
888.30
Panas ditambahkan
2,925,521.17
Total
3070474.95
3070474.95
5. Mixer (M-02) Fungsi
: Mencampurkan udara dari preheater dengan gas metanol dari vaporizer
Tujuan
: a. Menghitung panas gas keluar mixer b. Menghitung suhu udara masuk mixer
Q1 T1 = ? P1 = 1.4 atm
M-02
Q2 T2 = 346.4 K P2 = 1.4 atm
a. Menghitung panas gas keluar mixer T keluar = 508 K=235ºC
Q3 T3 =508 P3 = 1.4 atm
Massa
Cp.dT
Cp.dT
Q
(kmol/jam)
(kJ/kmol)
(kkal/kmol)
(kkal/jam)
CH3OH
103.05
10,919.79
2608.77
268826.20
H2O
225.52
7,218.14
1724.43
388902.18
O2
184.01
6,352.38
1517.60
279258.02
N2
1455.14
6,152.05
1469.74
2138681.72
CO
33.42
6,186.70
1478.02
49396.78
CH2O
0.41
8,322.05
1988.16
821.16
Total
2001.56
Komponen
3125886.07
b. Menghitung suhu udara masuk mixer T metanol masuk = 346.4 K = 73.4ºC Massa
Cp.dT
Cp.dT
Q
(kmol/jam)
(kJ/kmol)
(kkal/kmol)
(kkal/jam)
CH3OH
102.68
2254.61
538.63
55304.13
H2O
0.27
1634.55
390.50
106.99
Total
102.95
Komponen
55411.12
Q1 = Q3 – Q2 = 3125886.07 – 55411.12 = 3070474.95 kkal/jam Suhu masuk di trial sehingga didapat panas 3070474.95 kkal/jam. Massa
Cp.dT
Cp.dT
Q
(kmol/jam)
(kJ/kmol)
(kkal/kmol)
(kkal/jam)
CH3OH
0.37
11,844.62
2829.71
1052.75
H2O
225.25
7,762.83
1854.56
417741.27
O2
184.01
6,833.21
1632.47
300396.17
N2
1455.14
6,608.35
1578.75
2297310.19
CO
33.42
6,648.79
1588.41
53086.27
CH2O
0.41
9,002.47
2150.72
888.30
Total
1898.61
Komponen
Diperoleh T keluar = 523.4 K = 250.4oC
3070474.95
Neraca Panas Overall di Mixer (M-01) Komponen
Input (kkal/jam)
Output (kkal/jam)
udara
metanol
gas
CH3OH
1052.75
55304.13
268,826.20
H2O
417741.27
106.99
388,902.18
O2
300396.17
279,258.02
N2
2297310.19
2,138,681.72
CO
53086.27
CH2O
888.30
49,396.78 821.16
3,125,886.07
Total
3,125,886.07
6. Reactor (R-01) Fungsi
: Tempat berlangsungnya reaksi oksidasi katalitik antara metanol dengan oksigen
Tujuan
: a. Menghitung panas umpan reaktor b. Menghitung panas yang ditimbulkan oleh reaksi c. Menghitung panas produk keluar reaktor d. Menghitung kebutuhan pendingin
R-01 Q1 T1 = 508 K P1 = 1.4 atm
H reaksi
Q 4 (dowtherm A)
Q 3 (dowtherm A)
a. Menghitung panas umpan reaktor Q1 = 3,125,886.07 kkal/mol b. Menghitung panas yang ditimbulkan oleh reaksi Data panas pembentukan standar pada 298 K:
Q2 T1 = 563 K P1 = 1.4 atm
Kompnen
∆Hfo298 (kJ/kmol)
CH3OH
-200660
H2O
-241818
CH2O
-108570
CO
-110525
Reaksi utama
1 : CH 3OH O2 CH 2 O H 2 O 2
Reaksi samping
1 : CH 2 O O2 2
H298 reaksi utama
CO H 2 O
= (Hfo298 CH2O + Hfo298 H2O) - Hfo298 CH3OH = (-108570 – 241818) + 200660 = -149728 kJ/kmol = -35770.46 kkal/kmol = -35770.5 kkal/kmol.(103.05 kmol/jam) = -3710097.57 kkal/jam
H298 reaksi samping = (Hfo298 CO + Hfo298 H2O) - Hfo298 CH2O = (-110525 – 241818) + 108570 = -243773 kJ/kmol = -58238.09 kkal/kmol = -58238.09 kkal/kmol.(0.41 kmol/jam) = -24053.89 kkal/jam H298 reaksi total
= -3710097.57 + (-24053.89) = -2829564.3 kkal/jam
c. Menghitung panas produk keluar reaktor T keluar reaktor = 563 K = 290oC Massa
Cp.dT
Cp.dT
Q
(kmol/jam)
(kJ/kmol)
(kkal/kmol)
(kkal/jam)
CH3OH
1.65
14,303.32
3417.11
5633.97
H2O
326.92
9,174.44
2191.80
716549.76
O2
133.31
8,079.33
1930.18
257318.57
N2
1455.14
7,785.34
1859.94
2706473.52
CO
41.78
7,842.97
1873.71
78276.30
CH2O
93.87
10,798.62
2579.82
242167.22
Total
2052.67
Komponen
d. Menghitung kebutuhan pendingin
Panas yang diserap pendingin: = Q reaksi + Q input – Q output = (-2829564.3 -3,125,886.07 + 4006419.34) kkal/jam = - 2829564.3 kkal/jam T Dowtherm A masuk = 478 K = 205oC T Dowtherm A keluar = 508 K = 235oC Cp Dowtherm A
= 2.162 kJ/kg.K
Cp.dT = 2.162 kJ/kg.K. (508-478) K = 64.86 kJ/kg = 15.5 kkal/kg Massa Dowtherm A = = 182608.55 kg/jam
4006419.34
Neraca Panas Overall di Reactor (R-01) Komponen
Input (kkal/jam)
Output (kkal/jam)
CH3OH
268826.20
5633.97
H2O
388902.18
716549.76
O2
279258.02
257318.57
N2
2138681.72
2706473.52
CO
49396.78
78276.30
CH2O
821.16
242167.22
Panas Reaksi
3710097.57 2829564.30
Panas Pendingin Total
6835983.64
6835983.64
7. Oil Tank (T-03) Fungsi
: Tempat pendinginan dowtherm dari reaktor dan preheater
Tujuan : a. Menghitung panas masuk tangki b. Menghitung panas keluar tangki c. Menghitung kebutuhan pendingin
Dari preheater Dari reaktor
448 K 508 K
T-03
Cooling Water 303 K 313 K
Ke preheater Ke reaktor
478 K
Suhu campuran Dowtherm A dalam tangki dijaga pada 205⁰C (478 K)
Kebutuhan air pendingin:
∫
8. Waste Heat Boiler (WHB-01) Fungsi : Memanfaatkan panas produk reaktor untuk membuat steam dan menurunkan suhu produk reaktor Tujuan : Menghitung kebutuhan air demin untuk membuat steam
Q steam T= 373 K
WHB-01 Q2 T1 = 363 K P1 = 1.2 atm
Q1 T1 = 563 K P1 = 1.4 atm Q kondensat T= 373 K
1) Menghitung panas yang digunakan untuk membuat steam Panas produk reaktor masuk (Q1) = 4006419.34 kkal/jam T keluar = 363 K = 110oC
Komponen
Massa
Cp.dT
Cp.dT
Q
(kmol/jam)
(kJ/kmol)
(kkal/kmol)
(kkal/jam)
CH3OH
1.65
4,057.45
969.34
1,598.20
H2O
326.92
2,880.51
688.16
224,975.81
O2
133.31
2,528.62
604.10
80,534.12
N2
1455.14
2,477.05
591.78
861,116.57
CO
41.78
2,482.20
593.01
24,773.50
CH2O
93.87
3,166.72
756.54
71,016.09
Total
2052.67
Q yang diserap
1264014.28
= (4006419.34 – 1264014.28) kkal/jam = 2742405.07 kkal/jam
2) Menghitung kebutuhan air kondensat untuk membuat steam Diinginkan untuk membuat saturated steam dengan suhu 373 K dengan panas penguapan sebesar = 539.05 kkal/kg. Jumlah steam yang dihasilkan: Q m. 2742405.07 kkal/ jam m 539 .05 kkal/ kg
m 5087.47 kg / jam
Neraca Panas Overall di Waste Heat Boiler (WHB-01) Komponen
Input (kkal/jam)
Output (kkal/jam)
CH3OH
5,633.97
1,598.20
H2 O
716,549.76
224,975.81
O2
257,318.57
80,534.12
N2
2,706,473.52
861,116.57
CO
78,276.30
24,773.50
CH2O
242,167.22
71,016.09 2742405.07
Panas diserap Total
9. Cooler (HE-02)
4,006,419.34
4,006,419.34
Fungsi : Mendinginkan gas dari waste heat boiler masuk ke absorber Tujuan : a. Menghitung panas keluar cooler b. Menghitung kebutuhan pendingin Q 4 (cooling water) T4 = 313 K Q1 T1 = 383 K P1 = 1.2 atm
Q2 T2 = 323 P2 = 1.2 atm
M-02
Q 3 (cooling water) T3 = 303 K
a. Menghitung panas keluar cooler T keluar = 323 K = 50oC Massa
Cp.dT
Cp.dT
Q
(kmol/jam)
(kJ/kmol)
(kkal/kmol)
(kkal/jam)
CH3OH
1.65
1,146.94
274.01
451.77
H2O
326.92
842.60
201.30
65,809.07
O2
133.31
738.51
176.43
23,520.84
N2
1455.14
727.20
173.73
252,802.59
CO
41.78
727.72
173.86
7,263.01
CH2O
93.87
906.24
216.50
20,323.03
Total
2052.67
Komponen
b. Menghitung kebutuhan pendingin T cooling water masuk = 303 K = 30oC T cooling water keluar = 313 K = 40oC Q1 = 1264014.28 kkal/jam Q yang harus diserap
= Q2 – Q1 = 370170.30 - 1264014.28 = -893843.98 kkal/jam
Kebutuhan air pendingin:
370170.30
∫
Neraca Panas Overall di Cooler (HE-02) Komponen
Input (kkal/jam)
Output (kkal/jam)
CH3OH
1,598.20
451.77
H2 O
224,975.81
65,809.07
O2
80,534.12
23,520.84
N2
861,116.57
252,802.59
CO
24,773.50
7,263.01
CH2O
71,016.09
20,323.03 893843.98
Panas diserap Total
1,264,014.28
1,264,014.28
10. Absorber (AB-01) Fungsi
: Menyerap produk formaldehid dengan pelarut air demin dan membebaskan gas yang tidak terserap ke atas absorber
Tujuan
: a. Menghitung panas masuk absorber b. Menghitung panas keluar absorber
Q4 (produk atas) T4 = 303 K
Q3 (air) Q2 (recycle)
T3 = 303 K
AB-01
T2 = 303 K
Q6 (produk utama)
Qpelarutan
T6 = 303 K
Q1 cooler
T1 = 323 K
Q5 (produk bawah) T5 = 308 K
a. Menghitung panas masuk absorber Q1 = 370170.30 kkal/jam Panas air: T masuk = 303 K = 30oC Massa air = 215.77 kmol/jam 303
Q3 = m. Cp. dT 298
= 215.77 kmol/jam × 90.01 kkal/kmol = 19420.46 kkal/jam Panas pelarutan: ∆H pelarutan = 63000 kJ/kmol = 14811.98 kkal/kmol Massa CH2O yang terserap = 93.434 kmol/jam Qs = m. ∆Hs = 93.434 kmol/jam × 14811.98 kkal/kmol = 1383942.85 kkal/jam b. Menghitung panas keluar absorber 1) Panas produk atas T keluar = 303 K = 30oC Komponen
Massa
Cp.dT
Cp.dT
Q
(kmol/jam)
(kJ/kmol)
(kkal/kmol)
(kkal/jam)
CH3OH
0.47
226.48
54.11
25.16
H2O
279.87
168.25
40.20
11,249.44
O2
133.31
147.39
35.21
4,694.12
N2
1455.14
145.37
34.73
50,534.96
CO
41.78
145.41
34.74
1,451.30
CH2O
0.52
179.70
42.93
22.16
Total
1911.08
67977.15
2) Panas produk utama T keluar = 303 K = 30oC Massa
Cp.dT
Cp.dT
Q
(kmol/jam)
(kJ/kmol)
(kkal/kmol)
(kkal/jam)
CH3OH
1.18
226.48
54.11
64.05
H2O
262.83
168.25
40.20
10,564.55
CH2O
93.43
179.70
42.93
4,011.18
Total
357.45
Komponen
14639.78
3) Panas recycle T produk bawah (T5) = 308 K = 35oC T recycle (T2) = T produk utama (T6) = 303 K = 30oC Massa produk bawah yang di recycle dapat dihitung dengan neraca energi pada absorber:
m5.
308
303
298
298
xi.Cpi. dT m2. xi.Cpi. dT 308
303
298
298
(m2 m6). xi.Cpi. dT m2. xi.Cpi. dT
308
308
303
298
298
298
308
308
298
298
298
303
xi.Cpi. dT m2.( xi.Cpi. dT
m6.
xi.Cpi. dT m2.( xi.Cpi. dT
m6.
308
308
298
303
xi.Cpi. dT )
xi.Cpi. dT )
xi.Cp. dT m2. xi.Cp. dT
m6.
308
Q1 Q3 Qs Q4 m6.
xi.Cpi. dT
298
m2 =
308
xi.Cpi. dT
303 308
Nilai m6.
xi.Cpi. dT :
298
Massa
Cp.dT
Cp.dT
(kmol/jam)
(kJ/kmol)
(kkal/kmol)
CH3OH
1.18
454.40
108.56
128.50
H2O
262.83
336.63
80.42
21,137.27
CH2O
93.43
360.16
86.04
8,039.35
Total
357.45
Komponen
Q (kkal/jam)
29305.12
308
Nilai
xi.Cpi. dT :
303
Komponen
Massa (kmol/jam)
xi
Cp.dT
Cp.dT
xi.Cp.dT
(kJ/kmol)
(kkal/kmol)
(kkal/kmol)
CH3OH
1.18
0.003
454.40
108.56
0.18
H2O
262.83
0.735
336.63
80.42
29.58
CH2O
93.43
0.261
360.16
86.04
11.27
Total
357.45
1.00
m2 =
41.03
370270.3 19420.46 1383942.85 67977.15 29305.12 41.03
m2 = 40856.16 kmol/jam
Panas recycle: Massa
Cp.dT
Cp.dT
(kmol/jam)
(kJ/kmol)
(kkal/kmol)
CH3OH
135.30
226.48
54.11
7,320.65
H2O
30041.30
168.25
40.20
1,207,529.58
CH2O
10679.56
179.70
42.93
458,478.47
Total
40856.16
Komponen
Q (kkal/jam)
1673328.70
4) Panas produk bawah T produk bawah (T5) = 308 K = 35oC Massa produk bawah (m5) = m2 + m6 = 40856.16 + 357.45 = 41213.6 kmol/jam Massa
Cp.dT
Cp.dT
(kmol/jam)
(kJ/kmol)
(kkal/kmol)
CH3OH
136.48
454.40
108.56
14,816.11
H2O
30304.12
336.63
80.42
2,437,130.46
CH2O
10773.00
360.16
86.04
926,938.58
Total
41213.60
Komponen
Q (kkal/jam)
3378885.15
Neraca Panas Overall di Absorber (AB-01) Komponen
Input (kkal/jam) gas
air
Output (kkal/jam) recycle
produk atas
produk bawah
7,320.65
25.16
14,816.11
11,249.44
2,437,130.46
CH3OH
451.77
H2O
65,809.07
O2
23,520.84
4,694.12
N2
252,802.59
50,534.96
CO
7,263.01
1,451.30
CH2O
20,323.03
19,420.46 1,207,529.58
458,478.47
22.16
926,938.58
Qpelarutan 1383942.85 Total
3,446,862.30
3,446,862.30
11. Absorber Cooler (HE-03) Fungsi : Mendinginkan produk bawah absorber untuk produk utama dan recycle Tujuan : a. Menghitung panas keluar cooler b. Menghitung kebutuhan pendingin Q 4 (cooling water) T4 = 313 K Q1 T1 = 308 K P1 = 1 atm
Q2 T2 = 303 P2 = 1 atm
M-02
Q 3 (cooling water) T3 = 303 K
a. Menghitung panas keluar cooler T keluar = 303 K = 30oC Massa
Cp.dT
Cp.dT
(kmol/jam)
(kJ/kmol)
(kkal/kmol)
CH3OH
136.48
226.48
54.11
7,384.69
H2O
30304.12
168.25
40.20
1,218,094.13
CH2O
10773.00
179.70
42.93
462,489.65
Total
41213.60
Komponen
1687968.47
b. Menghitung kebutuhan pendingin T cooling water masuk = 303 K = 30oC T cooling water keluar = 313 K = 40oC Q1 = 3378885.15 kkal/jam Q2 = 1687968.47 kkal/jam Q yang harus diserap
Q (kkal/jam)
= Q2 – Q1 = 1687968.47 - 3378885.15 = -1690916.68 kkal/jam
Kebutuhan air pendingin:
∫
Neraca Panas Overall di Absorber Cooler (HE-03) Komponen
Input (kkal/jam)
Output (kkal/jam)
CH3OH
14,816.11
7384.69
H2 O
2,437,130.46
1218094.13
CH2O
926,938.58
462489.65 1690916.68
Panas diserap Total
3,378,885.15
3,378,885.15
12. Flow Splitter (FS-01) Fungsi
: Mengembalikan gas produk atas absorber yang akan recycle ke fresh feed udara dan membuang sisanya ke atmosfer.
Tujuan : Menghitung panas keluar flow splitter Q1 T1 = 303 K P1 = 1 atm Q2 T2 = 303 K P2 = 1 atm
Q3 T3 = 303 K P3 = 1 atm
M-01
Q1 = 67977.15 kkal/jam Q2 = 54381.72 kkal/jam Panas gas yang di-purging: T = 303 K = 300C
Komponen
Massa
Cp.dT
Cp.dT
Q
(kmol/jam)
(kJ/kmol)
(kkal/kmol) (kkal/jam)
CH3OH
0.09
226.48
54.11
5.03
H2O
55.97
168.25
40.20
2,249.89
O2
26.66
147.39
35.21
938.82
N2
291.03
145.37
34.73
10,106.99
CO
8.36
145.41
34.74
290.26
CH2O
0.10
179.70
42.93
4.43
Total
382.22
13595.43
Neraca Panas Overall di Flow Splitter (FS-01) Komponen
Input (kkal/jam)
Output (kkal/jam)
produk atas absorber
recycle
purging
CH3OH
25.16
20.13
5.03
H2O
11,249.44
8,999.55
2,249.89
O2
4,694.12
3,755.30
938.82
N2
50,534.96
40,427.97
10,106.99
CO
1,451.30
1,161.04
290.26
CH2O
22.16
17.73
4.43
Total
67,977.15
67,977.15
