Perhitungan Neraca Panas

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