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
Dengan cara yang sama seperti perhitungan diatas, maka panas komponen-
komponen yang keluar dari heaterI dapat diketahui
Tabel B.2 Panas keluar (Q2) pada Heater I
KomponenLaju Alir Massa
(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)
KomponenLaju Alir Massa
(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)
Komponen Laju Alir Massa (kg/jam) Energi (kJ/jam)
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.
Contoh perhitungan untuk trigliserida:
m =50.930,03801 kg/jam
= 60,12992kmol/jam
Cp = 0,451 + 6 x 10-4 T
Q = m ∫
Tref
T
Cp dT
QTrl = 60,12992kmol/jamx∫
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
KomponenLaju Alir Massa
(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)
KomponenLaju Alir Massa
(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)
Komponen Laju Alir Massa (kg/jam) Energi (kJ/jam)
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)
Komponen Laju Alir Massa (kg/jam) Energi (kJ/jam)
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.
Contoh perhitungan untuk trigliserida:
m =2.546,501936 kg/jam
= 3,0065kmol/jam
Cp = 0,451 + 6 x 10-4 T
Q = m ∫
Tref
T
Cp dT
QTrl = 3,0065kmol/jamx∫
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)
QTrl = 87,03367 kJ/jam
Tabel B.12 Energi Keluar (Q4) dari Reaktor Transsterifikasi (R-302)
KomponenLaju Alir Massa
(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
Panas Masuk = Panas keluar + Akumulasi
Asumsi: keadaan steady state, sehingga akumulasi = 0
Maka: Panas Masuk = Panas keluar
dQ/dT = r.ΔHr + Qout - Qin
r = 54,981291kmol/jam
Enthalpi pembentukan reaktan:
a). Metanol
Δ HF Metanol = -201,17 kj/kmol
b). Trligliserida
Δ HTrl = -530,277 kj/kmol
Enthalpi pembentukan produk:
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)
Pemanas yang digunakan adalah steamsaturated pada suhu 120oC
Enthalpi saturatedvapour HV = 2.706 kJkg
Enthalpy saturated liquid HL = 503,7 kJ/kg (Smith, 2005)
dQ/dT = r.ΔHr + Qout - Qin
= 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
Panas yang dibawa masuk steam:
Qs.in= m x HV
= 1.913,5191 kg/jam x 2.706 kJ/kg
= 5.177.982.682kJ/jam
Panas yang dibawa keluar condensat :
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)
KomponenLaju Alir Massa
(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)
Komponen Laju Alir Massa (kg/jam) Energi (kJ/jam)
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.
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 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)
KomponenLaju Alir Massa
(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)
Pemanas yang digunakan adalah steamsaturated pada suhu 120oC
Enthalpi saturatedvapour HV = 2.706 kJ/kg
Enthalpy saturated liquid HL = 503,7 kJ/kg (Smith, 2005)
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
Panas yang dibawa masuk steam:
Qsin = m x HV
= 601,9557kg/jam x 2.706 kJ/kg
= 1.628.892,113 kJ/jam
Panas yang dibawa keluar condensat :
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
KomponenLaju Alir Massa
(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)
QGliserol = 54,4309 kmol/jam x 1.306,62698 kJ/mol
QGliserol = 71.120,88248 kJ/jam
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
KomponenLaju Alir Massa
(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
Enthalpy saturated liquid HL = 125,7 kJ/kg (Smith, 2005)
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
Panas yang dibawa keluar condensat :
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.
Contoh perhitungan untuk trigliserida:
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
QTrl = 3,0065kmol/jamx∫
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)
QTrl = 87,03367 kJ/jam
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)
KomponenLaju Alir Massa
(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.
Contoh perhitungan untuk trigliserida:
m = 2.546,501936 kg/jam
= 3,0065kmol/jam
Cp = 0,451 + 6 x 10-4 T
Q = m ∫
Tref
T
Cp dT
QTrl = 3,0065kmol/jamx∫
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 (338 - 298) + 6 x10−4
2 (3382 – 2982)
QTrl = 3,0065kmol/jam x (18,04 + 7,632)
QTrl = 77,38514 kJ/jam
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)
KomponenLaju Alir Massa
(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)
KomponenLaju Alir Massa
(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)
Komponen Laju Alir Massa (kg/jam) Energi (kJ/jam)
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.
Contoh perhitungan gliserol:
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)
KomponenLaju Alir Massa
(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
d. Menghitung Kebutuhan Pemanas (Steam)
Pemanas yang digunakan adalah steamsaturated pada suhu 120oC
Enthalpi saturatedvapour HV = 2.706 kJ/kg
Enthalpy saturated liquid HL = 503,7 kJ/kg (Smith, 2005)
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
Panas yang dibawa masuk steam:
Qsin = m x HV
= 1.046,32016kg/jam x 2.706 kJ/kg
= 2.831.342,353 kJ/jam
Panas yang dibawa keluar condensat :
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 keluar = 300 oC = 573 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
KomponenLaju Alir Massa
(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
Dengan cara yang sama seperti perhitungan diatas, maka panas komponen-
komponen yang keluar dari heaterII dapat diketahui
Tabel B.29 Panas keluar (Q15) pada Heater II
KomponenLaju Alir Massa
(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)
Pemanas yang digunakan adalah steamsaturated pada suhu 120oC
Enthalpi saturatedvapour HV = 2.706 kJ/kg
Enthalpy saturated liquid HL = 503,7 kJ/kg (Smith, 2005)
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
Panas yang dibawa masuk steam:
Qsi = m x HV
= 10.055,38762 kg/jam x 2.706 kJ/kg
= 27.209.878,91 kJ/jam
Panas yang dibawa keluar condensat :
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 keluar = 300 oC = 573 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
KomponenLaju Alir Massa
(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)
Pemanas yang digunakan adalah steamsaturated pada suhu 120oC
Enthalpi saturatedvapour HV = 2.706 kJ/kg
Enthalpy saturated liquid HL = 503,7 kJ/kg (Smith, 2005)
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
Panas yang dibawa masuk steam:
Qsi = m x HV
= 35.977.178,53kg/jam x 2.706 kJ/kg
= 97.354.245.089,06kJ/jam
Panas yang dibawa keluar condensat :
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
KomponenLaju Alir Massa
(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)
KomponenLaju Alir Massa
(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.
Contoh perhitungan untuk trigliserida:
m = 2.546,501936 kg/jam
= 3,0065kmol/jam
Cp = 0,451 + 6 x 10-4 T
Q = m ∫
Tref
T
Cp dT
QTrl = 3,0065kmol/jamx∫
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 (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)
KomponenLaju Alir Massa
(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
Panas Masuk = Panas keluar + Akumulasi
Asumsi: keadaan steady state, sehingga akumulasi = 0
Maka: Panas Masuk = Panas keluar
dQ/dT = r.ΔHr + Qout - Qin
r = 161,196925 kmol/jam
Enthalpi pembentukan reaktan:
a). Metil ester
Δ HF Metil ester = -639,461 kj/kmol
b). H2
Δ HH2 = 117 kj/kmol
Enthalpi pembentukan produk:
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)
dQ/dT = r.ΔHr + Qout - Qin
= -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
Panas yang dibawa masuk air:
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)
KomponenLaju Alir Massa
(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)
Komponen Laju Alir Massa (kg/jam) Energi (kJ/jam)
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)
KomponenLaju Alir Massa
(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
d. Menghitung Kebutuhan Pemanas (Steam)
Pemanas yang digunakan adalah steamsaturated pada suhu 120oC
Enthalpi saturatedvapour HV = 2.706 kJ/kg
Enthalpy saturated liquid HL = 503,7 kJ/kg (Smith, 2005)
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
Panas yang dibawa masuk steam:
Qsin = m x HV
= 1.174,7156kg/jam x 2.706 kJ/kg
= 3.178.780,414 kJ/jam
Panas yang dibawa keluar condensat :
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
KomponenLaju Alir Massa
(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
KomponenLaju Alir Massa
(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
Enthalpy saturated liquid HL = 125,7 kJ/kg (Smith, 2005)
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
Panas yang dibawa masuk air:
Qsin = m x HV
= -2.790,81952kg/jam x 2.556,4kJ/kg
= -7.134.451,021 kJ/jam
Panas yang dibawa keluar condensat :
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