Efisiensi Dan Evaluasi Hp Stripper

Laporan Tugas Khusus

EFISIENSI DAN EVALUASI HP STRIPPER UNIT UREA KALTIM-2 LAPORAN TUGAS KHUSUS PRAKTEK KERJA PT PUPUK KALIMANTAN TIMUR Bontang-Kalimantan Timur (25 Januari – 24 Maret 2011)

Disusun oleh : Valentine Conny Putri Perdana

( I 0507013 )

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA

Laporan Tugas Khusus

2011 BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang HP Stripper merupakan salah satu unit yang termasuk dalam unit sintesa urea yang memegang peranan penting, dimana beban dari unit resirkulasi tergantung dari efisiensi HP Stripper. Sedangkan efisiensi dari HP Stripper sendiri bergantung pada beberapa faktor, antara lain: konsentrasi amonium karbamat dan NH3 yang masuk ke dalam HP Stripper, temperatur CO2 yang masuk serta banyaknya panas yang ditransfer oleh steam yang masuk. Panas tersebut digunakan untuk reaksi dekomposisi yang bersifat endotermis. Untuk mendukung atau mengetahui kinerja HP Stripper, perlu dilakukan evaluasi mengenai efisiensi HP Stripper tersebut berdasarkan neraca massa dan neraca panas yang terjadi pada HP Stripper. Perlu diperhatikan bahwa distribusi campuran larutan urea dan amonium carbammate dari reaktor dalam HP Stripper harus merata. Hal ini akan berpengaruh terhadap efisiensi stripping, demikian juga dengan adanya tube distributor yang digunakan pada HP stripper, sehingga aliran liquid menjadi aliran film.

1.2. Batasan Masalah Permasalahan yang akan dibahas dalam tugas khusus ini adalah: 1. Perhitungan efisiensi stripping di HP stripper menurut neraca massa dan neraca panas dengan parameter antara lain: a. Temperatur Operasi b. Tekanan Operasi c. Komposisi arus masuk dari H2 removal

Laporan Tugas Khusus

d. Komposisi arus masuk dari reaktor urea 2. Evaluasi terhadap HP Stripper akan dilihat juga hubungan dengan rate pabrik dan tekanan steam.

1.3. Tujuan Tujuan pembuatan tugas khusus ini adalah: 1. Mempelajari dan mengevaluasi efisiensi stripping pada HP Stripper dengan kondisi operasi yang diijinkan. 2. Mempelajari dan mengevaluasi hubungan efisiensi HP Stripper dengan kenaikan rate pabrik hingga 145%. 3. Mempelajari dan mengevaluasi hubungan efisiensi HP Stripper dengan kenaikan tekanan steam.

1.4. Manfaat Manfaat dari pengerjaaan tugas khusus ini adalah dapat mengetahui kondisi operasi dari HP Stripper pada rate pabrik 100 – 145%.

Laporan Tugas Khusus

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Dalam sintesa urea, reaksi pembentukan urea di reaktor tidak berlangsung secara sempurna. Akibatnya, produk yang keluar reaktor masih mengandung amonium carbamate yang belum terkonversi menjadi urea dan sebagian lagi adalah excess NH3. Amonium carbammate ini harus dipisahkan dari larutan urea yang dihasilkan. Untuk memisahkan amonium carbammate ini maka dilakukan stripping dengan gas CO2 pada unit HP Stripper.

2.1. HP Stripper HP Stripper merupakan shell and tube exchanger yang terdiri dari 2650 tube tipe straight dengan outside diameter 31 mm, sedangkan inside diameter shell adalah 2300 mm. Fluida shell side adalah steam yang mempunyai tiga line dan didesain pada tekanan 31 kg/cm2 dan temperatur 235°C, sedangkan fluida pada tube side adalah sistem larutan urea-gas NH3 degan desain tekanan 165 kg/cm2 dan temperatur 235oC. Kondisi operasi yang diijinkan pada sisi shell side, tekanan 21 kg/cm2 dan suhu 214 oC, disisi tube tekanan 144 kg/cm2 dan temperatur inlet 183oC Agar Stripper dapat berfungsi dengan baik maka setiap tube harus menerima cairan persatuan waktu yang sama, juga distribusi gas yang baik, ini akan menjamin cukupnya supply oksigen untuk mencegah korosi, selain itu distribusi cairan yang baik juga berarti akan menjaga efisiensi stripper. Untuk mendapatkan distribusi cairan yang baik, maka didesain pada bagian atas masing-masing stripper tube dilengkapi tiga buah lubang yang berfungsi sebagai pembagi cairan. Pressure drop dari lubang-lubang ini

Laporan Tugas Khusus

membuat aliran liquid yang melewati lubang akan membentuk lapisan film yang baik di permukaan tube.

2.2. Deskripsi Proses Dalam proses ini liquid yang keluar dari reaktor urea pada suhu ± 183 °C dikontakkan dengan gas CO2 dari unit H2 removal pada suhu ± 120 °C secara counter current. Liquid mengalir turun membasahi sepanjang dinding tube membentuk lapisan film dan gas CO2 yang masuk dari bagian bawah kolom men-stripping amonium carbammate yang nantinya akan terurai menjadi gas CO2 dan NH3 untuk dikembalikan ke unit HPCC. Panas yang dibutuhkan untuk reaksi di supply dari steam pada shell side kolom. Adapun alasan pemilihan gas CO2 sebagai fluida stripper dalam unit HP Stripper ini antara lain: 1. CO2 merupakan salah satu reaktan pada sintesa urea, sehingga akan sangat efisien jika men-strip menggunakan CO2 karena tidak diperlukan lagi pemisahan sebelum aliran diumpankan kepada HPCC. 2. Menurunkan tekanan parsial NH3 di dalam aliran fluid tube side, sehingga akan memperbesar konversi penguraian amonium carbammate. 3. Membawa (carrier) reaktan yang tidak terkonversi kembali ke dalam sistem sintesa. 4. Menurunkan suhu larutan yang akan meninggalkan HP Stripper sehingga mengurangi pembentukan biuret dan hidrolisa urea. 5. Sebagai gas carrier yang membawa O2 untuk passivasi peralatan di unit sintesa urea. 6. Menaikkan konsentrasi CO2 dalam larutan karena pelarutannya akan bertambah seiring dengan turunnya konsentrasi NH3. Kondisi di bagian bawah HP Stripper sangat sesuai untuk berlangsungnya hidrolisa urea dan pembentukan biuret, karena suhu yang

Laporan Tugas Khusus

tinggi serta konsentrasi amonium carbammate yang rendah. Untuk mencegah hal ini, maka larutan pada bagian bawah kolom didinginkan dengan gas CO2 yang masuk. Selain dengan pendinginan dengan CO2 juga diusahakan untuk menjaga level steam kondensat di shell side HP Stripper, pada shell tersebut dilengkapi dengan tiga nozel condensat outlet, yang dapat mengatur level kondensat sedimikian rupa sehingga pembentukan biuret dan hidrolisa urea dapat dijaga di bawah level tertentu. Pada umumnya dapat dikatakan bahwa level di bagian bawah kolom HP Stripper tidak boleh terlalu tinggi, karena jika level tinggi maka akan menaikkan temperatur sehingga akan memperbesar pembentukan biuret dan hidrolisa urea. Jika level pada bagian bawah kolom semakin tinggi lagi, maka larutan akan ikut masuk pada tube-tube, yang mana akan menghalangi gas CO2 yang lewat, sehingga efisiensi akan menurun akibat proses perpindahan massa terganggu. Larutan urea meninggalkan HP Stripper pada suhu ± 165 °C menuju ke unit sirkulasi, sedangkan aliran gas yang mengandung sebagian besar CO2 keluar kolom bagian atas dan kemudian diumpankan kepada HP Carbammate Condenser.

2.3. Stripping Tujuan dari proses Stripping adalah pemisahan gas dari suatu larutan dan memindahkannya ke fase uap dengan mengalirkan gas. Gaya pendorong (driving force) terjadinya perpindahan massa ini adalah perbedaan tekanan parsial zat terlarut pada permukaan dengan fase gas disekitarnya. Untuk mempercepat perpindahan massa zat tersebut, driving force haruslah diperbesar. Driving force dapat diperbesar dengan cara: • Menaikkan temperatur larutan, dengan menaikkan temperatur, maka tekanan uap larutan juga akan meningkat, sehingga akan memperbesar driving force • Menurunkan tekanan sistem

Laporan Tugas Khusus

• Menghembuskan gas untuk membawa pergi uap zat yang ada di fase gas, hal ini akan menyebabkan tidak terjadinya kesetimbangan pada sistem tersebut, sehingga untuk mencapai kesetimbangan, zat terlarut harus berubah fase menjadi gas lagi, dan akhirnya dihembus lagi. • Luas bidang kontak diperbesar.

2.4. Thermodinamika Reaksi di HP Stripper Pemisahan amonium carbammate di HP Stripper harus berlangsung cepat dengan temperature yang tidak begitu tinggi karena dapat menyebabkan hidrolisa urea dan pembentukan biuret. Reaksi yang terjadi di HP Stripper adalah: • •

NH4COONH3

2NH3

Ammonium carbammate

ammonia

NH2CONH2 + H2O Urea

•

air

2NH2CONH2 Urea

+

2NH3 + ammonia

CO2

carbon dioksida CO2

∆H = 26,86 kcal/mol

carbon dioksida

NHCONHCONH2 biuret

∆H = 33,76 kcal/mol

+

NH3 ammonia

Untuk mencapai reaksi utama yang diinginkan (disosiasi ammonium carbammate) dilakukan pengaturan suhu dan tekanan reaksi. Akibat gas karbon dioksida yang masuk, tekanan parsial ammonia (NH3) menjadi turun sehingga reaksi bergeser kearah kanan (ammonia dan karbon dioksida). Reaksi ini bersifat endotermis, sehingga membutuhkan panas. Kebutuhan panas ini disuplai oleh steam.

Laporan Tugas Khusus

BAB III METODOLOGI

Evaluasi dan analisa HP Stripper dilakukan dengan menghitung neraca massa dan neraca panas unit ini. Hasil perhitungan nantinya diharapkan dapat menghasilkan nilai efisiensi dan meggambarkan kondisi operasi optimal untuk unit HP Stripper ini

3.1. Metode Pengambilan Data Dalam penyusunan tugas khusus ini, data yang digunakan meliputi data primer dan data sekunder. 3.1.1.

Data Primer Merupakan data yang diperoleh dari pengamatan dan pengukuran besaran operasi alat yang bersangkutan secara langsung di lapangan yang tercatat di: 1. Log sheet panel control room Bagian Urea Kaltim-2 tanggal 1-14 Februari 2011. (untuk data tekanan (PIC 9904) dan flow steam (FR9902)) 2. Laporan harian laboratorium Bagian Urea Kaltim-2 tanggal 1-14 Februari 2011. (untuk data %wt CO2 dan NH3 di HP Stripper dan Down C. Reaktor).

3.1.2. Data Sekunder Merupakan data yang diperoleh dari studi literatur umum maupun dari unit urea Kaltim-2. Data sekunder tersebut adalah : 1. Flow rate inlet mengacu pada desain operasi. 2. Tekanan inlet dan outlet mengacu pada desain operasi. 3. Temperatur inlet dan outlet mengacu pada desain operasi. 4. Berat molekul (BM)

Laporan Tugas Khusus

5. Specific Heat (Cp) 6. Enthalpy fase liquid dan fase uap (Hl dan Hv) 7. Panas reaksi penguraian karbamat (Hr) 3.2. Metode Pengolahan Data Dalam penyelesaian perhitungan tugas khusus ini, kami menggunakan beberapa asumsi : 1. Asumsi temperatur inlet dan outlet kolom HP Stripper sesuai dengan kondisi operasi yang disarankan. 2. Di dalam kolom HP Stripper hanya terjadi reaksi penguraian ammonium carbamate, itupun reaksi di asumsikan sebagai reaksi irreversible. 3. Proses terjadi dalam keadaan steady-state. 4. CO2 sebagai limitting reactan, sehingga di dalam aliran bawah reaktor tidak mengandung gas CO2 lagi, CO2 yang ada dalam aliran bawah HP Stripper semuanya dalam bentuk ammonium carbamate. 5. Inert pada aliran inlet bawah HP Stripper tidak berpengaruh terhadap proses stripping. 6. Laju perpindahan massa dihitung dari sisi CO2, sedangkan NH3 dianggap mengikuti laju perpindahan massa CO2. Fia

xoa

xia

HP Stripper

Foa

Fib

Fob

xib

xob

T

Laporan Tugas Khusus

Berikut adalah langkah-langkah penyelesaian tugas khusus ini: 1. Mengolah data logsheet panel control room untuk mencari persamaan Mass rate steam sebagai fungsi tekanan dengan cara membuat grafik F (FR 9902) vs P (PIC 9904), dari trendline didapatkan persamaan untuk menghitung massa steam yang diperlukan dengan memasukkan tekanan steam sesuai kondisi operasi yang disarankan untuk variasi rate pabrik dan variasi tekanan steam dari 21 – 31 kg/cm2 . 2. Menghitung jumlah CO2 yang masuk ke unit HP Stripper berdasarkan kondisi operasi yang disarankan. 3. Mengolah data laporan analisis harian laboratorium untuk mencari persamaan perpindahan massa di kolom HP Stripper sebagai fungsi fraksi mol CO2 di aliran inlet atas (Fia), dari trendline didapatkan persamaan yang digunakan untuk meghitung jumlah mol yang berpindah dari fase liquid ke fase gas. 4. Membuat neraca massa aliran-aliran HP Stripper. 5. Membuat neraca panas aliran-aliran HP Stripper. 6. Menghitung komposisi aliran keluar (Foa dan Fob) dengan men-trial neraca massa dan neraca panas. 7. Mensimulasi komposisi aliran keluar (Foa dan Fob) dengan variasi rate pabrik dan tekanan steam.

Laporan Tugas Khusus

BAB IV HASIL PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

4.1. HASIL PERHITUNGAN 4.1.1. Hasil Perhitungan Variasi Rate Inlet Atas HP Stripper Tabel IV.1.1.1 Neraca Massa Aliran HP Stripper Tekanan 21 kg/cm2 Rate 100%

x CO2 0,9347 NH3 0 O2 0,0067 N2 0,0491 Biuret 0 Urea 0 H2O 0,0095 Total 1

Inlet Bawah mol %wt 1333,295 95,9 0 0 9,5683 0,005 69,9851 3,203 0 0 0 0 13,6082 4 1426,457 100

x 0,1080 0,4697 0 0 0,0003 0,1582 0,2637 1

HP Stripper (302-C) Inlet Atas Outlet Bawah mol %wt x Mol %wt 847,3 17,6 0,0643 248,2881 8,55 3684,509 29,57 0,1285 496,5763 6,61 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2,2622 0,11 0,0006 2,2622 0,18 1240,588 35,14 0,3211 1240,588 58,25 2068,824 17,58 0,4855 1875,55 26,42 7843,484 100 1 3863,265 100

x 0,3574 0,5896 0,0018 0,0129 0 0 0,0383 1

Outlet Atas mol 1932,307 3187,933 9,568274 69,9851 0 0 206,8824 5406,676

%wt 58,55 37,32 0,21 1,35 0 0 2,56 100

Laporan Tugas Khusus

Tabel IV.1.1.2. Neraca Massa Aliran HP Stripper Tekanan 21 kg/cm2 Rate 110%

CO2 NH3 O2 N2 Biuret Urea H2O Total

x 0,9347 0 0,0067 0,0491 0 0 0,0095 1

Inlet Bawah mol 1466,625 0 10,5251 76,9836 0 0 14,969 1569,103

%wt 95,9 0 0,005 3,203 0 0 4 100

x 0,108 0,4698 0 0 0,0003 0,1582 0,2638 1

Inlet Atas mol 932,03 4052,96 0 0 2,4884 1364,647 2275,707 8627,832

HP Stripper (302-C) Outlet Bawah %wt x Mol %wt 17,6 0,0866 401,2549 11,73 29,57 0,1732 802,5098 9,06 0 0 0 0 0 0 0 0 0,11 0,0005 2,4884 0,17 35,14 0,2945 1364,647 54,38 17,58 0,4452 2063,105 24,66 100 1 4634,005 100

Tabel IV.1.1.3. Neraca Massa Aliran HP Stripper Tekanan 21 kg/cm2 Rate 120% HP Stripper (302-C) Inlet Bawah Inlet Atas Outlet Bawah x mol %wt x mol %wt x Mol %wt CO2 0,9347 1599,955 95,9 0,108 1016,76 17,6 0,1011 543,0183 13,85 NH3 0 0 0 0,4698 4421,411 29,57 0,2022 1086,037 10,7 O2 0,0067 11,4819 0,005 0 0 0 0 0 0 N2 0,0491 83,9821 3,203 0 0 0 0 0 0 Biuret 0 0 0 0,0003 2,7147 0,11 0,0005 2,7147 0, 16 Urea 0 0 0 0,1582 1488,706 35,14 0,2772 1488,706 51,79 H2O 0,0095 16,3299 4 0,2638 2482,589 17,58 0,419 2250,66 23,49 Total 1 1711,748 100 1 9412,181 100 1 5371,135 100

x 0,3591 0,5843 0,0019 0,0138 0 0 0,0409 1

Outlet Atas mol 1997,4 3250,45 10,5251 76,9836 0 0 227,5707 5562,93

%wt 58,69 36,90 0,22 1,44 0 0 2,74 100

x 0,3605 0,5798 0,002 0,0146 0 0 0,0432 1

Outlet Atas mol 2073,696 3335,374 11,4819 83,9821 0 0 248,2589 5752,794

%wt 58,82 36,55 0, 24 1,52 0 0 2,88 100

Laporan Tugas Khusus

Tabel IV.1.1.4. Neraca Massa Aliran HP Stripper Tekanan 21 kg/cm2 Rate 130%

CO2 NH3 O2 N2 Biuret Urea H2O Total

x 0,9347 0 0,0067 0,0491 0 0 0,0095 1

Inlet Bawah mol 1733,284 0 12,4388 90,9806 0 0 17,6907 1854,394

%wt 95,9 0 0,005 3,203 0 0 4 100

x 0,108 0,4698 0 0 0,0003 0,1582 0,2638 1

Inlet Atas mol 1101,49 4789,862 0 0 2,9409 1612,765 2689,471 10196,53

HP Stripper (302-C) Outlet Bawah %wt x Mol %wt 17,6 0,1112 676,1279 15,36 29,57 0,2223 1352,256 11,87 0 0 0 0 0 0 0 0 0,11 0,0005 2,9409 0, 16 35,14 0,2652 1612,765 49,96 17,58 0,4009 2438,215 22,66 100 1 6082,304 100

Tabel IV.1.1.5. Neraca Massa Aliran HP Stripper Tekanan 21 kg/cm2 Rate 145% HP Stripper (302-C) Inlet Bawah Inlet Atas Outlet Bawah x mol %wt x mol %wt x Mol %wt CO2 0,9347 1933,278 95,9 0,108 1228,585 17,6 0,1214 863,435 16,92 NH3 0 0 0 0,4698 5342,538 29,57 0,2428 1726,87 13,07 O2 0,0067 13,874 0,005 0 0 0 0 0 0 N2 0,0491 101,4784 3,203 0 0 0 0 0 0 Biuret 0 0 0 0,0003 3,2802 0,11 0,0005 3,2802 0,15 Urea 0 0 0 0,1582 1798,853 35,14 0,2529 1798,853 48,06 H2O 0,0095 19,7319 4 0,2638 2999,795 17,58 0,3824 2719,547 21,8 Total 1 2068,363 100 1 11373,05 100 1 7111,986 100

x 0,3617 0,5759 0,0021 0,0152 0 0 0,0451 1

Outlet Atas mol %wt 2158,646 58,92 3437,606 36,25 12,4388 0,25 90,9806 1,58 0 0 0 0 268,9471 3 5968,619 100

x 0,3631 0,5712 0,0022 0,016 0 0 0,0474 1

Outlet Atas mol %wt 2298,428 59,04 3615,668 35,89 13,874 0,26 101,4784 1,66 0 0 0 0 299,9795 3,15 6329,428 100

Laporan Tugas Khusus

4.1.2. Hasil Perhitungan Variasi Tekanan Steam Tabel IV.1.2.1. Neraca Massa Aliran HP Stripper Rate 145% Tekanan Steam 21 kg/cm2 HP Stripper (302-C) Inlet Bawah Inlet Atas Outlet Bawah x mol %wt x mol %wt x Mol %wt CO2 0,9347 1933,278 95,9 0,108 1228,585 17,6 0,1214 863,435 16,92 NH3 0 0 0 0,4698 5342,538 29,57 0,2428 1726,87 13,07 O2 0,0067 13,874 0,005 0 0 0 0 0 0 N2 0,0491 101,4784 3,203 0 0 0 0 0 0 Biuret 0 0 0 0,0003 3,2802 0,11 0,0005 3,2802 0,15 Urea 0 0 0 0,1582 1798,853 35,14 0,2529 1798,853 48,06 H2O 0,0095 19,7319 4 0,2638 2999,795 17,58 0,3824 2719,547 21,8 Total 1 2068,363 100 1 11373,05 100 1 7111,986 100 Tabel IV.1.2.2. Neraca Massa Aliran HP Stripper Rate 145% Tekanan Steam 24 kg/cm2 HP Stripper (302-C) Inlet Bawah Inlet Atas Outlet Bawah x mol %wt x mol %wt x Mol %wt CO2 0,9347 1933,278 95,9 0,1080 1228,585 17,6 0,1082 724,5358 14,92 NH3 0 0 0 0,4697 5342,538 29,57 0,2164 1449,0716 11,53 O2 0,0067 13,874 0,005 0 0 0 0 0 0 N2 0,0491 101,4784 3,203 0 0 0 0 0 0 Biuret 0 0 0 0,0003 3,2802 0,11 0,0005 3,2802 0,16 Urea 0 0 0 0,1582 1798,853 35,14 0,2687 1798,8532 50,50 H2O 0,0095 19,7319 4 0,2637 2999,795 17,58 0,4062 2719,5474 22,90 Total 1 2068,363 100 1 11373,05 100 1 6695,2882 100 Tabel IV.1.2.3. Neraca Massa Aliran HP Stripper Rate 145% Tekanan Steam 27 kg/cm2

x 0,3631 0,5712 0,0022 0,016 0 0 0,0474 1

Outlet Atas mol 2298,428 3615,668 13,874 101,4784 0 0 299,9795 6329,428

%wt 59,04 35,89 0,26 1,66 0 0 3,15 100

x 0,3613 0,5771 0,0021 0,0150 0 0 0,0445 1

Outlet Atas mol 2437,3277 3893,4665 13,8740 101,4784 0 0 299,9795 6746,1260

%wt 58,89 36,34 0,24 1,56 0 0 2,96 100

Laporan Tugas Khusus

x CO2 0,9347 NH3 0 O2 0,0067 N2 0,0491 Biuret 0 Urea 0 H2O 0,0095 Total 1

Inlet Bawah mol %wt 1933,278 95,9 0 0 13,874 0,005 101,4784 3,203 0 0 0 0 19,7319 4 2068,363 100

x 0,1080 0,4697 0 0 0,0003 0,1582 0,2637 1

Inlet Atas mol 1228,585 5342,538 0 0 3,2802 1798,853 2999,795 11373,05

HP Stripper (302-C) Outlet Bawah %wt x Mol %wt 17,6 0,0918 572,8809 12,48 29,57 0,1836 1145,7618 9,65 0 0 0 0 0 0 0 0 0,11 0,0005 3,2802 0,17 35,14 0,2883 1798,8532 53,46 17,58 0,4358 2719,5474 24,24 100 1 6240,3236 100

Tabel IV.1.2.4. Neraca Massa Aliran HP Stripper Rate 145% Tekanan Steam 30 kg/cm2 HP Stripper (302-C) Inlet Bawah Inlet Atas Outlet Bawah x mol %wt x mol %wt x Mol %wt CO2 0,9347 1933,278 95,9 0,1080 1228,585 17,6 0,0712 409,2017 9,52 NH3 0 0 0 0,4697 5342,538 29,57 0,1423 818,4034 7,36 O2 0,0067 13,874 0,005 0 0 0 0 0 0 N2 0,0491 101,4784 3,203 0 0 0 0 0 0 Biuret 0 0 0 0,0003 3,2802 0,11 0,0006 3,2802 0,18 Urea 0 0 0 0,1582 1798,853 35,14 0,3129 1798,8532 57,06 H2O 0,0095 19,7319 4 0,2637 2999,795 17,58 0,4730 2719,5474 25,88 Total 1 2068,363 100 1 11373,05 100 1 5749,2859 100 Tabel IV.1.2.5. Neraca Massa Aliran HP Stripper Tekanan Rate 145% Steam 31 kg/cm2

x 0,3595 0,5828 0,0019 0,0141 0 0 0,0417 1

x 0,3579 0,5882 0,0018 0,0132 0 0 0,0390 1

Outlet Atas mol 2588,9825 4196,7762 13,8740 101,4784 0 0 299,9795 7201,0906

%wt 58,74 36,79 0,23 1,47 0 0 2,78 100

Outlet Atas mol %wt 2752,6618 58,59 4524,1346 37,21 13,8740 0,21 101,4784 1,37 0 0 0 0 299,9795 2,61 7692,1283 100

Laporan Tugas Khusus

x CO2 0,9347 NH3 0 O2 0,0067 N2 0,0491 Biuret 0 Urea 0 H2O 0,0095 Total 1

Inlet Bawah mol %wt 1933,278 95,9 0 0 13,874 0,005 101,4784 3,203 0 0 0 0 19,7319 4 2068,363 100

x 0,1080 0,4697 0 0 0,0003 0,1582 0,2637 1

Inlet Atas mol 1228,585 5342,538 0 0 3,2802 1798,853 2999,795 11373,05

HP Stripper (302-C) Outlet Bawah %wt x Mol %wt 17,6 0,0624 347,1469 8,29 29,57 0,1248 694,2938 6,40 0 0 0 0 0 0 0 0 0,11 0,0006 3,2802 0,18 35,14 0,3234 1798,8532 58,56 17,58 0,4889 2719,5474 26,56 100 1 5563,1215 100

x 0,3573 0,5900 0,0018 0,0129 0 0 0,0381 1

Outlet Atas mol 2814,7166 4648,2442 13,8740 101,4784 0 0 299,9795 7878,2926

%wt 58,54 37,35 0,21 1,34 0 0 2,55 100

Laporan Tugas Khusus

4.2. PEMBAHASAN Tujuan utama penggunaan unit HP Stripper ini adalah untuk merecycle reaktan-reaktan yang tidak tersintesis kembali ke dalam syntesis loop. Reaktan-reaktan yang ingin di-recycle adalah gas CO2 dan gas NH3 yang mana pada aliran bawah reaktor gas CO2 dan NH3 ini sebagian berwujud sebagai ammonium carbamate. Ammonium carbamate terlarut bersama-sama urea dan biuret di dalam air, maka tidak bisa digunakan proses pemisahan sederhana, seperti distilasi ataupun kolom separator biasa. Oleh karena itu digunakan unit HP Stripper untuk memisahkan ammonium carbamate dari larutan, dengan cara menguraikan

ammonium

carbamate

menjadi

senyawa-senyawa

pembentuknya, yaitu gas CO2 dan gas NH3. Penguraian ammonium carbamate menjadi senyawa pembentuknya sama saja dengan kebalikan reaksi pembentukan ammonium carbamate yang terdapat di unit HP carbammate condenser, dimana untuk menguraikan reaksi tersebut dibutuhkan sejumlah panas, karena reaksi penguraian ammonium carbamate adalah reaksi endotermis. Kebutuhan panas disuplai dari steam yang lewat pada shell side unit HP Stripper. Kemudian gas CO2 dan gas NH3 hasil penguraian ammonium carbamate dipisahkan dari larutan dengan cara men-stripping gas-gas ini dengan menggunakan gas CO2 fresh. Untuk mengetahui seberapa mampu unit HP Stripper memisahkan gas CO2 dan NH3, maka dalam tugas khusus ini kami mensimulasikan kinerja unit HP Stripper dengan variasi rate pabrik dan variasi tekanan steam. Untuk

menyelesaikan

permasalahan,

langkah

pertama

yang

dilakukan adalah mencari persamaan mass rate steam sebagai fungsi tekanan pada control valve di Steam Drum.

Laporan Tugas Khusus

Dari hasil pengamatan pada logsheet, kami mendapatkan grafik sebagai berikut:

Grafik IV.2.1. Mass rate Steam sebagai Fungsi Tekanan Titik-titik hasil pengamatan kami dekati dengan trendline tipe power, sehingga dihasilkan persamaan mass rate steam sebagai fungsi tekanan steam drum dengan error yang cukup kecil. Persamaan ini kami gunakan untuk mencari mass rate steam yang lewat pada unit HP Stripper. Perhitungan mass rate steam ini sangat penting, sebab panas yang digunakan untuk reaksi penguraian ammonium carbamate diperoleh dari panas laten steam yang masuk pada unit HP Stripper. Sehingga semakin besar mass rate steam yang diberikan, maka panas yang bisa dimanfaatkan oleh penguraian ammonium carbamate akan semakin besar juga. Langkah kedua penyelesaian permasalahan adalah menghitung jumlah CO2 yang masuk ke unit HP Stripper. Hal ini dilakukan karena tidak adanya indikator flow pada aliran inlet gas CO2 yang masuk HP Stripper. Perhitungan umpan CO2 menggunakan asumsi bahwa komposisi CO2 yang masuk dari unit ammonia hanya terdiri dari CO2 dan H2 serta komposisi udara terdiri dari 79% N2 dan 21% O2.

Laporan Tugas Khusus

Langkah ketiga adalah dengan membuat persamaan perpindahan massa CO2 sebagai fungsi fraksi mol CO2 pada aliran liquid. Dari data hasil perhitungan didapatkan grafik berikut:

Grafik IV.2.2. Perpindahan Massa sebagai Fungsi Fraksi Mol Aliran Liquid Titik-titik tersebut kami dekati dengan trendline linier dan memberikan kesalahan yang kecil sehingga persamaan tersebut dapat kami gunakan untuk menghitung perpindahan massa gas CO2 dari fase liquid ke fase gas. Kami menggunakan laju perpindahan massa sebagai fungsi fraksi mol, karena perpindahan massa akan sebanding dengan banyaknya mol suatu komponen dalam sejumlah volume pelarut, banyaknya mol ini tentunya akan sebanding dengan fraksi mol komponen itu di dalam pelarut tersebut. Berdasarkan

grafik

IV.2.2,

dapat

disimpulkan

bahwa

laju

perpindahan massa akan sebanding dengan fraksi mol komponen (CO2) yang ada di fase liquidnya. Setelah mengetahui dua persamaan di atas, maka perhitungan neraca massa dan neraca panas unit HP Stripper baru bisa dilakukan. Dalam perhitungan neraca massa dan neraca panas ini kami menggunakan beberapa penyederhanaan masalah: 1. Temperatur outlet kolom HP Stripper diasumsikan sama dengan temperatur outlet pada desain.

Laporan Tugas Khusus

Temperatur outlet kolom ini sebenarnya merupakan fungsi yang sangat kompleks, karena tergantung kepada rate inlet atas maupun bawah kolom, temperatur inlet, komposisi ammonium carbamate inlet atas kolom, mass rate steam suplai, reaksi samping (hidrolisis urea dan pembentukan biuret) serta transfer panas antar fase di dalam kolom. Untuk menyelesaikan persamaan temperatur outlet sebagai fungsi-fungsi yang disebut diatas tentu saja membutuhkan data-data, variabel-variabel serta persamaan yang tidak sedikit, oleh karena itu temperatur outlet unit HP Stripper diasumsikan sama dengan temperatur operasi yang disarankan. 2. Di dalam kolom HP Stripper hanya terjadi reaksi penguraian ammonium carbamate, itupun reaksi di asumsikan sebagai reaksi irreversible. Sebenarnya reaksi yang ada di dalam kolom HP Stripper sendiri adalah, reaksi penguraian ammonium carbamate, reaksi hidrolisis urea, dan reaksi pembentukan biuret. Dua reaksi yang disebutkan terakhir sangat berkaitan dengan point pertama, yaitu masalah temperatur. Dimana rate dua rekasi ini akan meningkat dengan meningkatnya temperatur pada bagian bawah kolom HP Stripper. Kemudian rekasi penguraian ammonium carbamate yang sesungguhnya reversible diasumsikan sebagai reaksi irreversible, dikarenakan kondisi didalam kolom sendiri selalu dijaga agar tidak terjadi kesetimbangan. 3. CO2 sebagai limitting reactan, sehingga di dalam aliran bawah reaktor tidak mengandung gas CO2 lagi, CO2 yang ada semuanya dalam bentuk ammonium carbamate. Proses pembentukan ammonium carbamate itu sendiri terjadi di dua unit, yaitu di unit HPCC dan unit reaktor, sehingga dengan NH3 yang berlebih diharapkan semua CO2 yang masuk ke syntesis loop telah bereaksi semua menjadi ammonium carbamate. 4. Laju perpindahan massa dihitung dari sisi CO2, sedangkan NH3 dianggap mengikuti laju perpindahan massa CO2 itu

Laporan Tugas Khusus

Berdasarkan kesetimbangan reaksi penguraian ammonium karbamat, fraksi mol NH3 di fase liquid pasti lebih besar dari fraksi mol CO2 dan bahwa dalam proses stripping digunakan gas CO2 (yang akhirnya membuat tekanan parsial NH3 di fase gas akan jauh lebih kecil dari tekanan parsial CO2) maka dapat diasumsikan bahwa rate perpindahan massa NH3 ini akan sama dengan rate perpindahan massa CO2 itu sendiri. Perhitungan neraca massa dan neraca panas sendiri mula-mula dibuat berdasarkan data-data operasi yang disarankan, kemudian dilakukan simulasi dengan variasi rate pabrik dan variasi tekanan steam. Simulasi ini dilakukan untuk mengetahui seberapa baik, dan seberapa efisien unit HP Stripper itu memisahkan gas yang terlarut dalam aliran liquid. Tabel IV.1.1 Effisiensi HP Stripper dengan Variasi Rate Pabrik dengan P=21kg/cm2 Rate Pabrik 100 110 120 130 145

Efisiensi (%) 83,32 77,27 73,27 70,46 67,56

Laporan Tugas Khusus

Grafik IV.1.1 Efisiensi HP Stripper dengan Variasi Rate Pabrik dengan P=21kg/cm2 Simulasi dengan variasi rate pabrik pada tekanan steam operasi yang disarankan menghasilkan grafik IV.1.1. dilihat dari grafik, semakin meningkatnya rate pabrik, maka efisiensi dari HP Stripper juga akan semakin menurun. Penurunan efisiensi ini disebabkan oleh semakin banyaknya jumlah NH3 yang harus di-strip ke fase gas. Rate pabrik yang meningkat otomatis meningkatkan jumlah komponen yang terdapat dalam umpan. Dengan kata lain, semakin tinggi beban HP Stripper ini, maka efisiensi juga akan semakin menurun. Tabel IV.2.1. Perbandingan Rate Pabrik dengan Banyaknya Umpan NH3 Rate Pabrik Umpan NH3 (kg) 100 62636,653 110 68900,318 120 75163,983 130 81427,648 145 90823,146 Tabel IV.1.2 Effisiensi HP Stripper Rate Pabrik 145 % dengan Variasi Tekanan Steam Tekanan Steam Efisiensi (%) (kg/cm2) 21 67,56428 24 71,28378 27 75,84243 30 81,46526 31 83,82128

Laporan Tugas Khusus

Grafik IV.1.2 Efisiensi HP Stripper Rate Pabrik 145% dengan Variasi Tekanan Steam Simulasi dengan variasi tekanan steam menghasilkan grafik IV.4. Dengan meningkatnya tekanan steam, maka jumlah steam juga akan naik. Jumlah steam yang semakin banyak menyebabkan penguraian ammonium carbamate menjadi gas CO2 dan gas NH3 juga akan semakin meningkat. Dapat pula dikatakan bahwa laju perpindahan massa komponen dari fase liquid ke fase gas semakin meningkat. Hal ini terjadi karena reaksi penguraian ammonium carbamat merupakan reaksi endotermis yang membutuhkan suplai panas, semakin banyak panas yang disuplai maka penguraian akan berlangsung dengan baik. Dimana fungsi steam sendiri adalah sebagai penyuplai panas tersebut. Sehingga tekanan steam yang semakin meningkat dapat meningkatkan efisiensi dari kerja HP Stripper.

Tabel IV.2.2. Perbandingan Tekanan Steam, Jumlah Steam, serta Mol yang Ter-Stripping P Steam (kg/cm2) 21 24

Jumlah Steam (kg) 62340,37 80022,9057

Mol Terstripping (kmol) 365,1499 504,0491

Laporan Tugas Khusus

27 30 31

99740,039 121460,773 129141,451

655,7042 819,3832 876,4318

Dari uraian di atas untuk mendapatkan efisiensi diatas 80% dengan rate pabrik 145%, dibutuhkan tekanan steam 30 kg/cm2. Akan tetapi unit 302 JT yang menyuplai kebutuhan steam di unit HP Stripper hanya mampu menyuplai hingga tekanan steam 25 kg/cm2.

Tabel IV.2.3. Perbandingan Tekanan Steam, Jumlah Steam, serta Efisiensi kerja HP Stripper Rate Pabrik 100 105 110 115 120 125

Tekanan Steam 20,2 21,4 22,2 23,4 24,2 25

Jumlah Steam

Efisiensi

57973,08 64579,26 69167,07 76322,56 81274,45 86370,83

80,6 81,2 80,5 80,9 80,4 79,8

Dari hasil perhitungan dengan tekanan steam 25 kg/cm2 jumlah steam yang didapatkan sebesar 86370,83 kg/jam. Untuk mendapatkan efisiensi yang sesuai dengan spesifikasi produk yang diharapkan maka rate maksimum yang dapat dicapai adalah rate pabrik 125%.

Laporan Tugas Khusus

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan 1. Dengan kondisi temperatur dan komposisi yang sesuai desain, dibutuhkan steam sebanyak 62340,37 kg kg/jam (tekanan 21 kg/cm2) untuk menstriping 599,0119 kmol ammonium carbamat dengan efisiensi 83.32%. 2. Dengan kondisi desain, memungkinkan mendapatkan efisiensi sebesar 80% untuk rate 145%. Dengan kondisi : P Steam

Massa Steam

n stripping

(kg/cm2)

(kg)

(kmol)

30

121460,773

819,3832

CO2

NH3

O2

N2

Biuret

Urea

H2O

(%wt) (%wt) (%wt) (%wt) (%wt) (%wt) (%wt) 9,51

7,36

0

0

0,1

57,06

25,88

3. Dari hasil perhitungan peningkatan tekanan steam akan meningkatkan efisiensi HP Stripper. Tekanan Steam (kg/cm2) 21 24 27 30 31

Efisiensi (%) 67,56428 71,28378 75,84243 81,46526 83,82128

5.2. Saran 1. Jika menghendaki kenaikan rate pabrik tanpa mengubah spesifikasi peralatan sebaiknya pabrik dioperasikian pada rate 125%, karena unit 302 JT yang menyuplai kebutuhan steam di unit HP Stripper hanya mampu menyuplai hingga tekanan steam 25 kg/cm2. Kondisinya: P Steam

Massa Steam

n stripping

(kg/cm2)

(kg)

(kmol)

25

86370,83

666,3336

CO2

NH3

O2

N2

Biuret

Urea

H2O

(%wt) (%wt) (%wt) (%wt) (%wt) (%wt) (%wt) 10,4

8,03

0

0

0,17

55,99

25,39

Laporan Tugas Khusus

2. Jika menghendaki efisiensi 80% dengan rate pabrik 145% tekanan steam yang dibutuhkan sebesar 30 kg/cm2, akan tetapi memerlukan safety yang lebih, karena tekanan tersebut sudah mendekati batas kemampuan HP Stripper dalam menerima tekanan.

Laporan Tugas Khusus

DAFTAR PUSTAKA

1984, Final Job Specification for Kaltim-2 Ammonia-Urea Project, Volume 1, The M.W. Kellogg, Co., PT Pupuk Kalimantan Timur 1988, Petunjuk Operasi Urea Kaltim-2, PT Pupuk Kalimantan Timur Departemen Operasi Kaltim-2, Hand Out Training Bagian Urea-2, PT Pupuk Kalimantan Timur Smith, J.M., Vannes, H.C., 2001, Chemical Enginering Thermodynamic, 6th ed., Mc Graw Hill Book Co., New York Perry, R.H., 2008, Perry’s Chemical Engineers’ Handbook, 8th ed., Mc Graw Hill Book Co., New York

Laporan Tugas Khusus

CONTOH PERHITUNGAN Contoh perhitungan dibawah ini untuk variabel rate 100% CO2, basis 1 jam operasi dan data- data yang sesuai dengan desain operasi adalah sebagai berikut : a. Aliran inlet atas HP Stripper


Fia

: 211825 kg




Wt % CO2

: 17,6




Wt % NH3

: 29,57




Wt % Biuret

: 0,11




Wt % Urea

: 35,14




Wt % H2O

: 17,58




Tia

: 183 °C

b. Aliran inlet bawah HP Stripper

c.




Fib

: 61237 kg




Wt % CO2

: 95,8




Wt % O2

: 0,5




Wt % N2

: 3,2




Wt % H2O

: 0,4




Tib

: 120 °C

Aliran Steam


d.

: 21 kg/cm2

Aliran outlet bawah HP Stripper


e.

P Steam drum

Tob

: 165 °C

Aliran outlet atas HP Stripper


Toa

: 187 °C

A.1. Menghitung Mass Rate Steam sebagai Fungsi Tekanan Steam Drum.

Laporan Tugas Khusus

Membuat grafik mass rate steam vs tekanan steam drum berdasarkan data log sheet tanggal 1 – 14 Februari 2011. Dari grafik di tarik trendline tipe power (trendline ini paling sesuai dilihat dari eror yang ditunjukkan dari kecil). Dari grafik yang dibuat, diperoleh persamaan: msteam = 0,03*P1,87

(A.1.1)

Maka, msteam = 0,03*(21)1,87 msteam = 62340,37 kg

A.2. Mennghitung Jumlah CO2 yang Masuk ke Unit HP Stripper Asumsi: 1. Komposisi CO2 yang masuk dari unit ammonia hanya terdiri dari CO2 dan H2. 2. Komposisi udara terdiri dari 79% N2 dan 21% O2.

Perhitungan berikut sesuai dengan desain: F1 (Fl-64)

= 7,6 x 4000 Nm3, %volume CO2 98,54

F2 (FIC-9103)

= 7,435 x 250 Nm3

A.2.1. Menghitung mol CO2 di F3 (A.2.1) A.2.2. Menghitung mol N2 di F3 (A.2.2)

Laporan Tugas Khusus

A.2.3. Menghitung mol N2 di F3 (A.2.3)

Komposisi mol di F3 Komponen

kmol

CO2

1336,493

H2O

19,80191

N2

65,51318

O2

17,4149

H2 bereaksi dengan O2 di H2 Converter menurut reaksi: H2 + ½O2

H2O

Jadi komposisi F3 yang masuk stripper dapat dicari dengan persamaan: A.2.4 Menghitung berat CO2 masuk HP Stripper (A.2.4) A.2.5 Menghitung berat H2 masuk HP Stripper (A.2.5) A.2.6 Menghitung berat O2 masuk HP Stripper (A.2.6) A.2.7. Menghitung berat N2 masuk HP Stripper (A.2.7) Jadi komposisi berat F3 yang masuk ke HP Stripper adalah :

Komponen

Berat (kg)

CO2

58805,7

H2O

356,4344

N2

1834,369

O2

240,4461

Laporan Tugas Khusus

A.3. Menghitung Laju Perpindahan Massa CO2 sebagai Fungsi Fraksi Mol di Fase Liquid Membuat grafik rate perpindahan massa CO2 (mol CO2 stripping) vs fraksi mol CO2 di fase liquid. Fraksi berat inlet atas dan fraksi berat inlet bawah berdasarkan data analisis harian laboratorium tanggal 1 – 14 Februari 2011.

A.3.1. Menghitung mol CO2 pada Fia mia CO2

= Xia CO2*Fia

mia CO2

= 17,6*211825/100

mia CO2

= 37281 kg

nia CO2= mia CO2/BM CO2

(A.3.2)

nia CO2 = 37281/44. nia CO2

= 847,11 kmol

A.3.2. Menghitung fraksi mol CO2 pada Fia xia CO2 = nia CO2/nia total

(A.3.3)

dari data desain, nia total = 7779,4 kmol xia CO2 = 847,11/7779,4 xia CO2 = 0,1089

A.3.3. Menghitung mol CO2 pada Fob mob CO2 = Xob CO2*Fob

(A.3.4)

harga fraksi mol, mol total, mass rate diperoleh dari data desain. mob CO2

= 10,22*130899/100

mob CO2

= 13378 kg

(A.3.1)

Laporan Tugas Khusus

nob CO2

= mob CO2/BM CO2

nob CO2

= 13378/44

nob CO2

= 304

(A.3.5)

A.3.4. Menghitung fraksi mol CO2 pada Fob xob CO2= nob CO2/nob total

(A.3.6)

dari data desain, nob total = 4004,12 kmol xob CO2

= 304/4004,12

xob CO2

= 0,0759

A.3.5. Menghitung jumlah CO2 yang ter-strip ke atas kolom nstrip

= nia - nob

nstrip

= 847.11 – 304

nstrip

= 543.11 kmol

(A.3.7)

Data-data hasil pengamatan pada analisis laboratorium pada tanggal 1 – 14 Februari 2011 yang lain dihitung dengan cara yang sama, kemudian di plot grafik nstrip vs xia.. Dari plot data data tersebut di dapatkan persamaan: nstrip = 7306*xia-155

(A.3.8)

A.4. Membuat Neraca Massa Aliran Sistem

CO2

xib 0,93

HP Stripper (302-C) Fib Fia Fob Foa Fkonsumsi Fgenerasi Fstripping nib xia nia xob nob xoa noa nkonsumsi ngenerasi nstripping 1333,295 0,108 847,3 -

Laporan Tugas Khusus

NH3 0 0 0,469 3684,509 O2 0,0067 9,568 0 0 N2 0,049 69,985 0 0 biuret 0 0 0,0003 2,262 Urea 0 0 0,158 1240,588 H2O 0,009 13,608 0,263 2068,824 Total 1 1426,457 1 7843,484 Dengan sistem steady-state, maka

-

-

-

-

-

-

Neraca massa total: Fia + Fib + Fgenerasi = Fob + Foa + Fkonsumsi Sementara neraca massa komponen: xia*Fia + xib*Fib + ngenereasi = xob*Fob + xoa*Foa + nkonsumsi

(A.4.1)

Dengan adanya proses stipping dan beberapa asumsi, maka Neraca massa komponen CO2 menjadi: xoa*Foa = xia*Fia + nstrip – xob*Fob (fase gas)

(A.4.2)

xob*Fob = xia*Fia - nstrip (fase liquid)

(A.4.3)

Neraca massa komponen NH3 menjadi: xoa*Foa = xia*Fia + (2 x nstrip) – mol NH3 yang terurai (fase gas)

(A.4.4)

xob*Fob = xia*Fia – (2 x nstrip) – mol NH3 sisa yang terurai (fase liquid)(A.4.5) dimana : n generasi

= Rate mol banyaknya CO2 dan NH3 yang

terbentuk akibat penguraian ammonium carbamate n konsumsi

= Rate mol banyaknya ammonium carbamate yang

terurai menjadi CO2 dan NH3 n stripping

= Rate perpindahan massa komponen dari fase liquid ke fase gas

A.5. Membuat Necara Panas Sistem

-

Laporan Tugas Khusus

Karena sistem steady-state maka tidak ada akumulasi, maka: Qmasuk sistem

= Qkeluar sistem + Qreaksi

dimana, Qmasuk sitem

= QFia + QFib + Qsteam

Qkeluar sistem

= QFob + QFoa

Sehingga persamaan menjadi: QFia + QFib + Qsteam = QFob + QFoa + Qreaksi atau, Qreaksi = (QFia + QFib + Qsteam) – (QFob + QFoa)

(A.5.1)

A.5.1. Menghitung Qmasuk sistem A.5.1.1. Menghitung Qfia Harga QFia ini dapat dihitung dari panas sensible-nya dengan Treff 25°C Komp CO2 NH3 O2 N2 biuret Urea H2O Total

xia 0,108 0,469 0 0 0,0003 0,158 0,263 1

Inlet Atas HP Stripper (302-C) nia A B C D 847,3 5,457 1,05E-03 0 -115700 3684,509 3,578 3,02E-03 0 -1,86E+04 0 0 2,262 1240,588 2068,824 3,47 1,45E-03 0 12100 7843,484

790,223 723,5867 0 0 0 41,4 648,6996 2203,91

Harga Cp komponen ini dihitung dengan persamaan: 2

2

3

3

∫Cp/R ∆T = ATreff(Φ – 1)+(B/2)Treff (Φ – 1)+(C/3)Treff3 (Φ – 1)+(D/Treff)*((Φ-1)/Φ)

dengan, Φ = Tia/Treff

Kemudian, harga QFia dihitung dengan persamaan:

Q 1330408 5297464 0 0 0 102053 2666644 9396570

Laporan Tugas Khusus

QFia = nia*R*∫Cp/R ∆T

(A.5.2)

dengan R = 1.987 kcal/kmol K Dengan demikian didapat harga QFia = 9396570 kcal

A.5.1.2. Menghitung QFib Dengan cara yang sama dengan menghitung QFia , sehingga didapat: Komp CO2 NH3 O2 N2 biuret Urea H2O Total

xib 0,93 0 0,0067 0,049 0 0 0,009 1

nib 1333,295 0 9,568 69,985 0 0 13,608 1426,457

Inlet Bawah HP Stripper (302-C) A B C D 5,457 1,05E-03 0 -115700 3,639 3,28

5,06E-04 5,93E-04

0 0

-22700 4000

3,47

1,45E-03

0

12100

459,0256 0 343,8995 334,3084 0 0 387,0578 1524,291

Dengan demikian didapat harga QFib = 1279571 kcal

A.5.1.3. Menghitung Qsteam Qsteam dihitung dengan persamaan: Qsteam = msteam*λ

(A.5.3)

Dimana msteam didapat dari (A.1.1) Sedangkan λ dicari dengan persamaan: λ = ∆Hv – ∆Hl

(A.5.4)

harga ∆Hv dan ∆Hl diperoleh dari hasil interpolasi pada steam table, untuk saturated steam pada P = 21 kg/cm2, harga λ = 1883,643 kJ/kg sehingga, Qsteam = 62340,37 *1883,643 /4.184

Q 1216077 0 6538,272 46489,06 0 0 10465,86 1279571

Laporan Tugas Khusus

Qsteam = 28046957 kcal

A.5.2. Menghitung Qkeluar sistem Untuk menghitung Qkeluar sistem, kita harus mengetahui komposisi komponen yang ada di aliran keluar (baik Foa maupun Fob). Untuk mencari komposisi Foa dan Fob, kita men-trial harga nkonsumsi CO2 pada neraca massa. Trial 1, nkonsumsi T1 = 800 kmol Sementara xkonsumsi = nkonsumsi/niatot

(A.5.5)

maka, xkonsumsi T1 = 800/7779.35 xkonsumsi T1 = 0.101995 Dengan persamaan (A.3.8), didapat nstrip T1 = 590,1731 kmol Dengan adanya nstrip ini kemudian neraca massa aliran keluar kolom bisa ditulis: Outlet Bawah HP Stripper (302-C) nob A B C D 248,2881 5,457 0,00105 0 -115700 496,5763 3,578 3,02E-03 0 -18600 0 0 2,2622 1240,588 1875,55 3,47 0,00145 0 12100 3863,265

693,9762 636,56 0 0 0 40,2 573,4825 1944,219

Q 1216077 0 6538,272 46489,06 0 0 10465,86 1279571

Outlet Atas HP Stripper (302-C) Komp xoa noa A B C D CO2 0,3574 1932,307 5,457 0,00105 0 -115700 NH3 0,5896 3187,933 3,578 0,00302 0 -18600 O2 0,0018 9,568274 3,639 5,06E-04 0 -22700 N2 0,0129 69,9851 3,28 5,93E-04 0 4000 biuret 0 0

811,7686 743,0766 593,7587 572,4962 0

Q 3102534 4680878 11288,64 79611,53 0

Komp CO2 NH3 O2 N2 biuret Urea H2O Total

xob 0,0643 0,1285 0 0 0,0006 0,3211 0,4855 1

Laporan Tugas Khusus

Urea 0 0 H2O 0,0383 206,8824 3,47 Total 1 5406,676 Dengan ini didapat harga

0,00145

0

12100

0 665,4668 3386,567

0 273557 8147869

QFob = 1279571 kcal QFoa = 8147869 kcal Dari persamaan (A.5.1), didapat harga Qreaksi = 27333939 kcal

A.6. Menghitung Banyaknya Ammonium Carbamate yang Terurai Ammonium carbamate yang terurai ini dapat dihitung dengan: nkonsumsi = Qreaksi/∆Hreaksi

(A.6.1)

Dimana ∆Hreaksi = 33760 kcal/kmol Maka nkonsumsi

C1=

809,6546 kmol

dengan (A.5.5) dan (A.3.8) di dapat nstrip C1 = 5991721 kmol padahal saat trial, nkonsumsi T1 = 800 kmol Dari sini hasil perhitungan berbeda dengan nilai trial kita diawal, sehingga trial harus di ulang kembali dan langkah perhitungan di ulang agar nilai trial mendekati atau sama persis dengan hasil perhitungan.

Setelah beberapa kali Trial, didapatkan nstrip Tn = nstrip Cn = 599,0119 kmol

Laporan Tugas Khusus

Sehingga neraca massanya dapat ditulis kembali:

x CO2 0,9347 NH3 0 O2 0,0067 N2 0,0491 biuret 0 Urea 0 H2O 0,0095 Total 1

Inlet Bawah mol %wt 1333,295 0,959 0 0 9,5683 0,005 69,9851 0,03203 0 0 0 0 13,6082 0,004 1426,457 1

x 0,1080 0,4697 0 0 0,0003 0,1582 0,2637 1

HP Stripper (302-C) Inlet Atas Outlet Bawah mol %wt x Mol %wt 847,3 0,176 0,0643 248,2881 0,0855 3684,509 0,2957 0,1285 496,5763 0,0661 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2,2622 0,0011 0,0006 2,2622 0,0018 1240,588 0,3514 0,3211 1240,588 0,5825 2068,824 0,1758 0,4855 1875,55 0,2642 7843,484 1 1 3863,265 1

x 0,3574 0,5896 0,0018 0,0129 0 0 0,0383 1

Outlet Atas mol 1932,307 3187,933 9,568274 69,9851 0 0 206,8824 5406,676

%wt 0,5855 0,3732 0,0021 0,0135 0 0 0,0256 1

Laporan Tugas Khusus

A.7. Menghitung Efisiensi HP Stripper Efisiensi HP Stripper dihitung dengan persamaan:

(A.7.1) Maka effisiensi pada contoh penyelesaian ini adalah:

Efisiensi = 83.32%

A.8. Melakukan Simulasi dengan Varibel rate Fia Langkah penyelesaian sama persis dengan contoh perhitungan di atas A.9. Melakukan Simulasi dengan Variabel Tekanan Steam Langkah penyelesaian sama persis dengan contoh perhitungan di atas

Laporan Tugas Khusus

ALGORITMA PERHITUNGAN Membuat persamaan mass rate steam vs tekanan steam FR-9902 vs PIC 9904

Membuat persamaan perpindahan massa vs fraksi mol CO2 inlet atas n stripping vs xia CO2

Menghitung neraca massa aliran masuk HP Stripper

Menghitung neraca massa aliran keluar HP Stripper

Menghitung Q keluar sistem Qkeluar sistem= QFob + QFoa

QFoa dan QFob dihitung dengan pers: QFoa/b = noa/b*R*∫Cp/R ∆T Menghitung Q masuk sistem Qmasuk sitem = QFia + QFib + Qsteam QFia dan QFib dihitung dengan pers: QFia/b = nia/b*R*∫Cp/R ∆T Qsteam dihitung dengan pers: Qsteam = msteam*λ

Menghitung Qreaksi Qreaksi = (QFia + QFib + Qsteam) – (QFob + QFoa)

Menghitung banyaknya ammonium karbamat yang terurai nkonsumsi = Qreaksi/ΔHreaksi

Menghitung Q keluar sistem Qkeluar sistem = QFob + QFoa

Mencari komposisi Foa dan Fob: Trial nkonsumsi, nkonsumsi= Rate mol banyaknya ammonium carbamate yang terurai menjadi CO2 dan NH3

nkonsumsi hitung = nkonsumsi trial

nkonsumsi hitung = nkonsumsi trial

Menghitung efisiensi HP Stripper xkonsumsi = nkonsumsi /nia total

Melakukan simulasi dengan variasi rate pabrik dan tekanan steam