nermas

5/28/2018 nermas

1/306

LC-141

LAMPIRAN A

PERHITUNGAN NERACA MASSA

Pra rancangan pabrik pembuatan Pupuk Urea dari Gas Sintesis dilaksanakan

untuk kapasitas produksi sebesar 120.000 ton/tahun, dengan ketentuan sebagai

berikut:

1 tahun operasi = 330 hari kerja

1 hari kerja = 24 jam

Basis = 1 jam operasi

Maka kapasitas produksi Pupuk Urea tiap jam adalah:

=jam24

hari1x

hari330

tahun1x

ton1

kg1.000x

tahun1

ton120.000

= 15151,5200 kg/jam

Bahan Baku dan Berat Molekul Bahan Baku yang digunakan (Wikipedia, 2007;

Perry, 1999) :

Nitrogen (N2) = 28 g/mol

Hidrogen (H2) = 2 g/mol Ammonia (NH3) = 17 g/mol

Karbondioksida (CO2) = 44 g/mol

Berat Molekul Urea = 60 kg/kmol

Kemurnian Urea yang dihasilkan = 99,3 % x 15151,5200 kg/jam

= 15045,4545 kg/jam

Universitas Sumatera Utara

5/28/2018 nermas

2/306

LC-142

A-1.1 Reaktor (R-101)

Fungsi : Mereaksikan nitrogen dan hidrogen untuk memproduksi amonia

Nitrogen (N8)

Hidrogen (N10)

Amonia (N11)

R-101

150 atm

450 C

Neraca massa total : N5= N2+ N4

Reaksi : N2 + 3 H2 2 NH3

Konversi dalam reaktor adalah sebesar 40 % (Larry, 1978).

N Nitrogen : 31390,0286 kg

MR Nitrogen : 28 kg/kmol

N8Nitrogen :2

2

NMr

NMassa =

28

31390,0286= 1121,0724 kmol/jam

Rasio : N2: H2 = 1 : 3

N10Hidrogen : 3 x N2N2 = 3 x 1121,0724 = 3363,2173 kmol/jam

kmol/jam4289,4481

)4,0(kmol0724,1121

2

22 =

=

=N

XNr NN

N11Nitrogen = N2N2 - (0,4 x N

2N2)

= 1121,0724 - (0,4 x 1307,9700)

= 672,6434 kmol/jam

N11Hidrogen = N4H2- (3 x (0,4 x N

5N2) )

= 3363,2173 - (3 x 448,4289) kmol/jam

= 2017,9306 kmol/jam

N11Amonia = 35

2 NHNN

= 448,4289 kmol/jam x 2

= 898,8580 kmol/jam

3H2 ( )g

+ N2 ( )g

1r 2NH3 ( )g


5/28/2018 nermas

3/306

LC-143

(Hidrogen) (Nitrogen) (Amonia)

Mula-mula 3363,2173 1121,0724

Bereaksi 1345,2867 448,4289 898,8580

Sisa 2017,9306 672,6434 898,8580

Tabel LA.1 Neraca Massa Reaktor (R-101)

KomponenLaju Alir masuk Laju Alir Keluar

Kmol/jam Kg/jam Kmol/jam Kg/jam

8 10 8 10 11 11

Nitrogen 1121,0724 - 31390,0272 - 672,6434 18834,0152

Hidrogen - 3363,2173 - 6726,4346 2017,9306 4035,8612

Amonia - - - - 898,8580 15280,5860

Total 4484,2897 38116,4618 3589,4320 38116,4618

A-1.2 Flash Drum (F-101)

Fungsi : Untuk memisahkan fasa cair amonia dari campuran fasa gasnya.

F-101

-35 C

19 atm

Nitorgen

Hidrogen (N12)

Amonia

Nitorgen

Hidrogen

Amonia

Nitorgen

Hidrogen

Amonia

(N13)

(N14)

Tekanan operasi = 19 atm (1925,18 Kpa)

Temperatur = 238,15 K (-350C)

Tekanan uap masing-masing gas (Reklaitis, 1983):

Kpa0120,129913)8,08)-(238,15

232,32-4Exp(12,7842 ==H

Kpa6825,92)22,6207)-(238,15

2363,24-Exp(15,494NH3 ==

Kpa7216,42204)2,854)-(238,15

658,22-7Exp(13,447N2 ==

Perhitungan Flash Drum


5/28/2018 nermas

4/306

LC-144

Xi= Zi

Yi = Ki.Zi

P

PiKi=

+++== 44332211 ..... PXPXPXpXPXP iibubble (Smith, 2001)

Pdew =

i

i

P

Y

1 (Smith, 2001)

Tabel LA. 2 Hasil Perhitungan Pbubledan Pdew

Komponen Zi Pa Pbubble K yi Pdew

Hidrogen 0,5625 12.9913,0121 - 67,4811 0,71626 -

Amonia 0,2500 92,6825 - 0,04814 0,047096 -

Nitrogen 0,1875 42.204,7216 - 21,9225 0,236731 -

Total 1,0000 - - - 1,0000 -

Pbubble - - 81012,6252 - - -

Pdew - - - - - 369,5283

Pdew < P < Pbuble terjadi kesetimbangan uap-cair

369,5283 < 1925,175 < 81012,6252 kPa maka terjadi kesetimbangan uap-cair.

Dimana; L = 1-V

+

)1(1

)1(

i

ii

KV

KZ= 0

)1(1 +=

Kiv

Zixi

Yi = Ki.Zi

Setelah dilakukan trialterhadap V, maka diperoleh :

V = 0,7821

L = 0,2179


5/28/2018 nermas

5/306

LC-145

Tabel LA. 3 Hasil Iterasi Flash Drum (F-101)

Komponen )1(1 +

=Kiv

Zixi Yi = Ki.Zi

Hidrogen 0,0106 0,7163

Amonia 0,9782 0,0471

Nitrogen 0,0108 0,2367

Total 1,0000 1,0000

Jika, N11 = N12= 3589,4320 kmol /jam = 38116,4618 kg/jam

Maka,V = 0,7821 x 3589,4320 kmol/jam

= 2807,2948 kmol/jam = 24868,3000 kg/jam

L = 0,2179 x 3589,4320 kmol/jam

= 781,7014 kmol/jam

= 13253,2000 kg/jam

Tabel LA. 4 Hasil Perhitungan Flash Drum (F-101)Komponen L xi xi . L V yi yi . V

Hidrogen - 0,0106 8,2972 - 0,7163 2009,6330

Amonia - 0,9782 764,7180 - 0,0471 132,1399

Nitrogen - 0,0108 8,4412 - 0,2367 664,2023

Total 781,7014 1,0000 781,7014 2807,2948 1,0000 2807,2948

Alur 11 = Alur 12

Total : N12 = 3589,4320 kmol /jam = 38116,4618 kg/jamHidrogen : N12Hidrogen = 2017,9306 kmol/jam = 4035,8612 kg/jamAmonia : N12Amonia

= 898,8580 kmol/jam = 15280,5860 kg/jamNitrogen : N12Nitrogen = 672,6434 kmol/jam = 18834,0152 kg/jamAlur 13Total : N13 = 2807,2948 kmol/jam = 24868,3000 kg/jamHidrogen : N13Hidrogen = 2009,6330 kmol/jam = 4019,2660 kg/jamAmonia :N13Amonia = 132,1399 kmol/jam = 2246,3783 kg/jam

Nitrogen : N13Nitrogen = 664,2023 kmol/jam = 18597,6644 kg/jamAlur 14Total : N14 = 781,7014 kmol/jam = 13253,2000 kg/jamHidrogen : N14Hidrogen = 8,2972 kmol/jam = 16,5944 kg/jam


5/28/2018 nermas

6/306

LC-146

Amonia :N14Amonia = 764,7180 kmol/jam = 13000,2060 kg/jamNitrogen : N14Nitrogen = 8,4412 kmol/jam = 236,3536 kg/jam

Tabel LA. 5 Neraca Massa Flash Drum (F-101)

KomponenLaju Alur Masuk Laju Alur Keluar


12 12 13 14 13 14

Nitrogen 672,6434 18834,0152 664,2023 8,4412 18597,6644 236,3536

Hidrogen 2017,9306 4035,8612 2009,6330 8,2972 4019,2660 16,5944

Amonia 898,8580 15280,5860 132,1399 764,7180 2246,3783 13000,2060

Total 3589,4320 38116,4618 3589,4320 38116,4618

A-1.3 Reaktor (R-201)

Fungsi : Tempat terjadinya reaksi menghasilkan urea, produk samping air dan

produk antara karbamat.

Amonia (N16)

Karbon dioksida (N18)

Amonia

Karbon dioksida

(N21)

Karbon dioksida

Amonia

Urea

Karbamat

Air

(N19)

R-201

182 C

150 atm

Neraca Massa Total : N19= N16+ N18+ N21

Reaksi: 2NH3 + CO2 NH2COONH4 NH2CONH2+ H2OKonversi reaksi 80 % berdasarkan umpan Karbon dioksida yang masuk (Larry,1978).Massa Karbon dioksida = 12625,9971 kg/jamMr Karbon dioksida = 44 kg/kmol

N18Karbon dioksida masuk = N11Karbon dioksida =dioksidaKarbon

dioksidaKarbon

MrMassa

=44

12625,9971 = 286,9545 kmol/jam

Konversi : XKarbon dioksida = (N18

Karbon dioksida N19

Karbon dioksida ) / N18

Karbon dioksida

0,8 = (286,9545 N16

Karbon dioksida ) / 286,9545N19Karbon dioksida = 57,3909 kmol/jam

N16Amonia masuk = 2 x N18Karbon dioksida masuk

= 573,9090 kmol/jamN19Amonia = N

16Amonia masuk - (2 x (0,8x N

18Karbon dioksida ))

= 114,7818 kmol/jamN19karbamat = (0,8 x N

18Karbon dioksida )x0,5


5/28/2018 nermas

7/306

LC-147

= 229,5636 kmol/jam

Konversi terbentuknya urea dari karbamat sebesar 80% (Kirk-Othmer, 1958).N13Urea = 0,8 x N

19Karbamat

= 183,6509 kmol/jam

2NH3 + CO2 NH2COONH4Mula-mula 573,9090 286,9545Bereaksi 459,1272 229,5636 229,5636Sisa 114,7818 57,3909 229,5636

NH2COONH4 NH2CONH2 + H2OMula-mula 229,5636Bereaksi 183,6509 183,6509 183,6509Sisa 45,9127 183,6509 183,6509

Alur 21Alur 21 merupakan jumlah dari alur 22 dan alur 27.

N21 = N22 + N27Alur 22 merupakan hasil pemisahan larutan yang terjadi di dalam Knock Out Drum.Di mana fasa uap akan direcycle ke dalam reaktor sebagai bahan baku pembuatanurea.Dari perhitungan knock outdrumdiperoleh bahwa N22 :Komposisi fasa uap (V) :Terdiri dari : Amonia = 114,7818 kmol/jam

Karbon dioksida= 57,3909 kmol/jamNH3 : N

22Amonia = BM Amoniax N22Amonia

= 17 kg/kmol x 114,7818 kmol/jam= 1951,2906 kg/jam

CO2 : N22

Karbon dioksida = BM Karbon dioksida x N22Karbon dioksida


Alur 27 merupakan hasil pemisahan larutan yang terjadi di dalam Knock Out Drum.

Di mana fasa uap yakni alur 27 akan direcycleke dalam reaktor sebagai bahan baku

pembutan urea.

Dari perhitungan Knock OutDrumdiperoleh bahwa N27 :

Komposisi fasa uap (V) :Terdiri dari : Amonia = 103,2274 kmol/jam

Karbon dioksida = 51,6137 kmol/jamAmonia : N27Amonia = BM Amoniax N

27Amonia


Karbon dioksida : N27Karbon dioksida = BM Karbon dioksidax N27Karbon dioksida


N21Amonia = N22

Amonia + N27

AmoniaN21Amonia = 114,7818 kmol/jam + 103,2274 kmol/jam

= 218,0092 kmol/jam


5/28/2018 nermas

8/306

LC-148

= 3706,1564 kg/jamN21Karbon dioksida = N

22Karbon dioksida + N

27Karbon dioksida

N21Karbon dioksida = 57,3909 kmol/jam + 51,6137 kmol/jam= 109,0046 kmol/jam

= 4796,2024 kg/jamSetelah dilakukan recycle, bahan baku yang digunakan untuk memproduksi ureamenjadi:N18Karbon dioksida + N

20Karbon dioksida + N

27Karbon dioksida

286,9545 + 57,3909 + 51,6137= 395,9591 kmol/jam= 17422,2004 kg/jam

N16Amonia + N20

Amonia + N27

Amonia573,9090 + 114,7818 + 103,2274

= 791,9182 kmol/jam

= 13462,6094 kg/jam

Reaksi yang terjadi setelah proses terjadi adalah sebagai berikut:2NH3 + CO2 NH2COONH4

Mula-mula 791,9182 395,9591Bereaksi 633,5346 316,7673 316,7673Sisa 158,3836 79,1918 316,7673

NH2COONH4 NH2CONH2 + H2OMula-mula 316,7673Bereaksi 253,4138 253,4138 253,4138Sisa 63,3535 253,4138 253,4138Massa Karbon dioksida = 17422,2004 kg/jamMr Karbon dioksida = 44 kg/kmol

N16Karbon dioksida masuk = N16

Karbon dioksida =dioksidaKarbon

dioksidaKarbon

Mr

Massa

=44

17422,2000 = 395,9591 kmol/jam

Konversi : XKarbon dioksida = (N18

Karbon dioksida N19

Karbon dioksida) / N18

Karbon dioksida

0,8 = (395,9591 N9

Karbondioksida) / 395,9591N19Karbon dioksida = 79,1918 kmol/jam

= 3484,4400 kg/jamN16Amonia masuk = 2 x N

18Karbon dioksida masuk

= 791,9182 kmol/jamN19Amonia = 791,9182 - (2 x (0,8x N

18Karbon dioksida))

= 158,3836 kmol/jam= 2692,5220 kg/jam

r1 = N11

Karbon dioksida N13

Karbon dioksida

= 395,9591 - 79,1918= 316,7673 kmol/jam

Konversi terbentuknya urea dari karbamat sebesar 80% (Kirk-Othmer, 1958).N19Karbamat = 316,7673 253,4138

= 63,3535 kmol/jam


5/28/2018 nermas

9/306

LC-149

= 4941,5730 kg/jam

r2 =Karbamat

16

KarbamatN

KarbamatX

= kmol/jam4138,2531

8,07673,316 =

N19Urea = 253,4138 kmol/jam= 15204,8304 kg/jam

N19Air = 253,4138 kmol/jam= 4561,4484 kg/jam

Tabel LA.6 Neraca Massa Reaktor (R-201)

A-1.4Knock Out Drum(F-201)Fungsi : Untuk memisahkan campuran gas dan liquid yang keluar dari

Reaktor (R-201)

KomponenLaju Alir Masuk Laju Alir Keluar

Kmol/jam Kg/jam Kmol/jam

Kg/jam

16 18 21 16 18 21 19 19

Amonia 573,9090 - 218,0092 9756,453 - 3706,156 158,3836 2692,5212

CO2 - 286,9545 109,0046 - 12625,99 4796,202 79,1918 3484,4392

Karbamat - - - - - - 63,3535 4941,5730

Urea - - - - - - 253,4138 15204,8304

Air - - - - - - 253,4138 4561,4484

Total 1187,8773 30884,8094 802,7565 30884,8094


5/28/2018 nermas

10/306

LC-150

F-201

220 C

150 atm

Karbondioksida

Ammonia

Urea

Karbamat

Air

Ammonia

Karbondioksida

Urea

Karbamat

Air

(N19)

(N22)

(N24)

Alur 19Total : N19 = 802,7565 kmol /jam = 30884,8084 kg/jam

Karbon dioksida : N19Karbon dioksida = 79,1918 kmol/jam = 3484,4392 kg/jamAmonia : N19Amonia

= 153,3836 kmol/jam = 2692,5212kg/jamAir : N19Air = 253,4138 kmol/jam = 4561,4484 kg/jamUrea : N19Urea

= 253,4138 kmol/jam = 15204,8304 kg/jamKarbamat : N19Karbamat = 63,3535 kmol/jam = 4941,5730 kg/jam

Alur 22Total : N22 = 237,5754 kmol /jam = 6176,9604 kg/jamKarbon dioksida : N22Karbon dioksida = 79,1918 kmol/jam = 3484,4392 kg/jamAmonia : N22Amonia = 158,3836 kmol/jam = 2692,5212kg/jam

Alur 24Total : N24 = 570,1811 kmol /jam = 24707,8494 kg/jamAir : N24Air = 253,4138 kmol/jam = 4561,4484kg/jamUrea : N24Urea


Tabel LA. 7 Neraca Massa Knock Out Drum (F-201)



19 19 22 24 22 24

Amonia 158,3836 2692,5212 158,3836 - 2692,5212 -Karbon dioksida 79,1918 3484,4392 79,1918 - 3484,4392 -

Karbamat 63,3535 4941,5730 - 63,3535 - 4941,5730

Urea 253,4138 15204,8304 - 253,4138 - 15204,8280

Air 253,4138 4561,4484 - 253,4138 - 4561,4484

Total 802,7565 30884,8094 802,7565 30884,8094

A-1.5Low Pressure Decomposer(S-201)

Fungsi : Tempat penguraian Amonium Karbamat


5/28/2018 nermas

11/306

LC-151

r3

Urea

KarbamatAir

Karbon dioksida

Amonia

UreaKarbamat

Air

S-201

70 C

20 atm

(N24) (N25)

Reaksi:

NH2COONH4 2NH3+ CO2Alur 24Total : N24 = 570,1811 kmol /jam = 24707,8500 kg/jam

Air : N24Air = 253,4138 kmol/jam = 4561,4490 kg/jamUrea : N24Urea


Konversi karbamat menjadi ammonia dan karbondioksida sebesar 99% (Muliawati,2007)Konversi : Xkarbamat = 0,99

Xkarbamat = (N24

karbamat N25

karbamat)/N24

karbamat0,99 = (63,3535 - N21karbamat)/ 63,3535

N25karbamat = 0,633535 kmol/jamKarbamat : N25karbamat = 0,633535 kmol/jam

N25karbamat = N25karbamat- r3r3 = 62,7199 kmol/jam

Air : N25Air = N24

AirN25Air = 253,4138 kmol/jam

Urea : N25Urea = N25urea

N25Urea = 253,4138 kmol/jamAmonia : N25Amonia = 2 r3

N25Amonia = 262,7199N25Amonia = 125,4399 kmol/jam

Karbon dioksida : N25Karbon dioksida = 62,7199 kmol/jam

Total : N

25

= N

19

karbamat + N

19

Urea+ N

19

Ammonia +N19Karbon dioksida+ N19

Air

N25 = 0,633535 + 253,4138 + 125,4399

+ 62,7199 + 253,4138N25 = 695,6209 kmol/jam

Tabel LA.8 Neraca MassaLow Pressure Decomposer(R-104)

Komponen

Laju Alur Masuk Laju Alur Keluar


24 24 25 25


5/28/2018 nermas

12/306

LC-152

Amonia - - 125,4399 2132,4770

Karbon dioksida - - 62,7199 2759,6760

Karbamat 63,3535 4561,4490 0,633535 49,4157

Urea 253,4138 15204,8300 253,4138 15204,8300

Air 253,4138 4561,4490 253,4138 4561,4490Total 695,6209 24707,8500 695,6209 24707,8500

A-1.6 Knock Out Drum (F-202)

Fungsi : Untuk memisahkan campuran gas dan liquid yang keluar dari Low

Pressure Decomposer(S-101)

F-202

70 C

20 atm

Karbon dioksida

Amonia

Urea

Karbamat

Air

Amonia

Karbon dioksida

Urea

Karbamat

Air

25

(N27)

(N26)

Alur 25Total : N25 = 695,6209 kmol /jam = 24707,8500 kg/jamKarbon dioksida : N25Karbon dioksida = 62,7199 kmol/jam = 2759,6760 kg/jamAmonia : N25Amonia

= 125,4399 kmol/jam = 2132,4770 kg/jamAir : N25Air = 253,4138 kmol/jam = 4561,4490 kg/jamUrea : N25Urea

= 253,4138 kmol/jam = 15204,8300 kg/jamKarbamat : N25Karbamat = 0,633535 kmol/jam = 49,4157 kg/jamAlur 27Total : N27 = 188,1598 kmol /jam = 4892,1530 kg/jam

CO2 : N27Karbondioksida = 62,7199 kmol/jam = 2759,6760 kg/jamNH3 : N

27Ammonia

= 125,4399 kmol/jam = 2132,4770 kg/jamAlur 26Total : N26 = 507,4612 kmol /jam = 19815,6970 kg/jamAir : N26Air = 253,4138 kmol/jam = 4561,4490 kg/jamUrea : N26Urea


Tabel LA. 11 Neraca Massa Knock Out Drum (F-202)

Komponen

Laju Alur Masuk Laju Alur Keluar



5/28/2018 nermas

13/306

LC-153

25 25 26 27 26 27

Amonia 125,4399 2132,4770 125,4399 - 2132,4770 -

Karbon dioksida 62,7199 2759,6760 62,7199 - 2759,6760 -

Karbamat 0,6335 49,4157 - 0,6335 - 49,4157

Urea 253,4138 15204,8300 - 253,4138 - 15204,8300H2O 253,4138 4561,4490 - 253,4138 - 4561,4490

Total 695,6209 24707,8500 695,6209 24707,8500

A-1.7 Evaporator I (FE-301)

Fungsi : untuk menaikkan konsentrasi larutan urea dengan menguapkan air.

Urea

Karbamat

Air

Urea

Karbamat

Air

Air

(N28)

(N30)

(N29)

FE-301

128,96 C

0,3 atm

Alur 26 = Alur 28Total : N28 = N29+ N30

N28 = 507,4612 kmol/jamUrea : N28urea = 253,4138 kmol/jamH2O : N

28Air = 253,4138 kmol/jam

Karbamat : N28karbamat = 0,6335 kmol/jamAlur 29Total : N29 = N28 N30

N24 = 380,7093 kmol/jamUrea : N29urea = N

28urea

N29urea = 253,4138 kmol/jamH2O : N

29Air = N

28- N29N29Air = 126,7069 kmol/jam

Karbamat : N29karbamat = N28

karbamatN29karbamat = 0,6335 kmol/jam

Alur 30Air yang diuapkan dari evaporator I adalah sebesar 50% (Rifai, 2007).Air yang menguap :

N30Air = 0,50 x N22Air

N30Air = 0,50 x 253,4138N30Air = 126,7069 kmol/jam


5/28/2018 nermas

14/306

LC-154

Tabel LA. 10 Neraca Massa Evaporator I (FE-301)



28 28 29 30 29 30Urea 253,4138 15204,8300 - 253,4138 - 15204,8300

Karbamat 0,6335 49,4130 - 0,6335 - 49,4130

Air 253,4138 4561,4484 126,7069 126,7069 2280,7242 2280,7242

Total 507,4612 19815,6914 507,4612 19815,6914

A-1.8 Evaporator II (FE-302)

Fungsi : Untuk menaikkan konsentrasi larutan urea dengan menguapkan

air.

Urea

Karbamat

Air

Urea

Karbamat

Air

Air

(N31)

(N33)

(N32)

FE-302

157,58 C

0,03 atm

Alur 29 = Alur 31Total : N31 = N32+ N33

N31 = 380,7542 kmol/jamUrea : N31Urea = N

29Urea

N31Urea = 253,4138 kmol/jamH2O : N

31Air = N

32+ N33N31Air = 126,7069 kmol/jam

Karbamat : N31karbamat = N29

karbamatN31karbamat = 0,6335 kmol/jam


5/28/2018 nermas

15/306

LC-155

Alur 33Air yang diuapkan dari evaporator II adalah sebesar 99% (Rifai, 2007).Air : N33Air = 0,99 x N

31Air

N33Air = 125,4398 kmol/jam

Total Air yang menguap :Air : N34Air = N

31Air + N

33Air

N34 Air = 126,7069 + 125,4398N34Air = 252,1467 kmol/jam

Alur 32Urea : N32Urea = N

31ureaN32Urea = 253,4138 kmol/jam

Karbamat : N32Karbamat = N31karbamat

N32Karbamat = 0,6335 kmol/jamAir : N32Air = N

31Air N

33Air

N32Air = 126,7069 - 125,4398

N32Air = 1,2671 kmol/jam

Tabel LA. 11 Neraca Massa Evaporator 2 (FE-302)



31 31 32 33 32 33

Urea 253,4138 15204,8300 - 253,4138 - 15204,8300

Karbamat 0,6335 49,4130 - 0,6335 - 49,4130

Air 126,7069 2280,7242 125,4398 1,2671 2567,3274 22,8078

Total 380,7542 17534,9672 380,7542 17534,9672

A-1.9Prilling Tower(TK-402)

Fungsi : Membentuk partikel-partikel urea yang keluar dari melting tank

(TK-401) dengan bantuan udara pendingin dari air cooler(E-302)

TK-402

79,024 C

1 atmUrea

Karbamat

Air

Urea

Karbamat

Air

(N37) (N40)

(N42)

Urea

Karbamat

Air

Total alur masuk :

N37 + 42 : 255,3144 kmol/jam

Urea : N37+42

Urea = 253,4138 kmol/jam


5/28/2018 nermas

16/306

LC-156

Air : N37+42Air = 1,2671 kmol/jamKarbamat : N37+42karbamat = 0,6335 kmol/jam

Alur 37 (setelah direcycle)

Urea : N37

Urea = 0,01 x N31

Urea + N38

UreaN37Urea = 255,9480 kmol/jam

Air : N37Air = 0,01 x N37

Air + N42Air

N37Air = 1,2797 kmol/jamKarbamat : N37Karbamat = 0,01 x N

37Karbamat + N

42karbamat

N37Karbamat = 0,6399 kmol/jamTotal : N37 = 257,8676 kmol/jamProduk yang tidak memenuhi standar ukuran produk yang diinginkan, yangdiasumsikan 0,01% dari umpan yang yang masuk ke dalam Screening akanditeruskan ke dalam Hopper dan dariHopperakan direcycleke dalam Prilling Tank(alur41). Sehingga menghasilkan neraca massa sebagai berikut:

Alur 42Urea : N42Urea = 0,01 x N

37Urea

N42Urea = 2,5595 kmol/jamAir : N42Air = 0,01 x N

37Air


37Karbamat

N42Karbamat = 0,0064 kmol/jam

Tabel LA. 12 Neraca Massa Prilling Tower(TK-402)

KomponenLaju alir masuk Laju lair keluar


36 42 36 42 37 37

Urea 253,4138 2,5595 15204,8300 153,5700 255,9480 15356,8800

Karbamat 0,6335 0,01279 49,4130 0,9976 0,6399 49,9099

Air 1,2671 0,0064 22,8078 0,1152 1,2797 23,0353

Total 257,8676 15429,8200 257,8676 15429,8200

A-1.10Screening (C-403)

Fungsi : Mengayak partikel urea yang keluar dari prilling tower (TK-402)

yang diangkut belt conveyor I (C-402) agar mempunyai diameter

partikel yang seragam.


5/28/2018 nermas

17/306

LC-157

Urea

Karbamat

Air

Urea

Karbamat

Air

Urea

Karbamat

Air C-403

(N40) (N41)

(N43)

Alur 40Urea : N40Urea = 255,9480 kmol/jamAir : N40Air = 1,2797 kmol/jamKarbamat : N40Karbamat = 0,6399 kmol/jamTotal : N40 = 257,8676 kmol/jam

Alur 41Asumsi : N41= 0,01 x N37

N41 = 2,5786 kmol/jamUrea : N41Urea = 0,01 x N

37Urea

N41Urea = 2,5595 kmol/jamAir : N41Air = 0,01 x N

37Air


37Karbamat


Alur 43

Urea : N

43

urea = N

40

urea- N

41

ureaN43urea = 253,3885 kmol/jamAir : N43Air = N

40Air - N

41Air

N43Air = 1,2669 kmol/jamKarbamat : N43Karbamat = N

40Karbamat - N

41Karbamat


Tabel LA. 13 Neraca Massa Screening (C-403)



40 40 41 43 41 43

Urea 255,9480 15462,9940 2,5595 253,3885 153,5700 15203,3100

Karbamat 0,6399 56,7528 0,0064 0,6335 0,4992 49,4130

Air 1,2797 26,1936 0,0128 1,2669 0,2304 22,8042

Total 257,8676 15151,5200 257,8676 15151,5200


5/28/2018 nermas

18/306

LC-158

LAMPIRAN BPERHITUNGAN NERACA PANAS

Pra rancangan pabrik pembuatan Pupuk Urea dari Gas Sintesis dilaksanakanuntuk kapasitas produksi sebesar 120.000 ton/tahun, dengan ketentuan sebagai

berikut:Basis perhitungan : 1 jam operasiSatuan operasi : kJ/jamTemperatur basis : 298,15 K

Tabel LB.1 sampai LB.11 menunjukan data-data yang dibutuhkan dalam perhitunganneraca panas.

Tabel LB.1 Data Kapasitas Panas Komponen Gas ( J/mol K) (Reklaitis, 1983)

Komponen a (101) b (10-2) c (10-6) d (10-9)

NH3 2,755 2,56278 9,90042 -6,68639

H2 1,76386 6,70055 -131,45 105,883

N2 2,94119 -0,30681 5,45064 5,13186

CO2 1,9022 7,9629 -7,3707 3,7457

Tabel LB.2 Data Panas Perubahan Fasa Komponen (Reklaitis, 1983).

Komponen Hvlpada titik didihnya (J/mol)NH3 23351,0

H2O 40656,2

Tabel LB.3 Data Panas Reaksi Komponen (Reklaitis, 1983).

Komponen Hof(J/mol)

H2 0

N2 0

NH3 -45645,6

CO2 -393500

H2O -241830


5/28/2018 nermas

19/306

LC-159

Urea -332890

Karbamat -645610

Tabel LB.4 Kapasitas panas liquidamonia [ J/molK ]

Komponen a (101) b (10-1) c (10-3) d (10-6)

NH3 2,0149 8,4577 -4,0675 6,6069

Sumber : Reklaitis, 1983Tabel LB.5 Estimasi kapasitas panas liquidkarbamat

Komponen cpl (J/mol K)

-NH2 58,58

-CO- 52,97

-O- 35,15

- NH3 43,93-OH 44,77

cpl Karbamat 235,4

Sumber : Perry, 1991

Tabel LB.6 Estimasi Kapasitas panas solidkarbamat

Komponen Cps (J/mol K)

C 10,89

H 7,56

O 13,42

N 18,74

cps karbamat 120,57Sumber : Perry, 1991

Tabel LB.7 Kapasitas panas liquidurea [ J/kmolK ]

Komponen a (105)

urea 1,2020

Sumber : Chemcad Database

Tabel LB.8 Kapasitas panas solidurea

Komponen Cps (J/mol K)

C 10,89H 7,56

O 13,42

N 18,74

cps urea 92,03

Sumber : Perry, 1991

Tabel LB.9 Panas pembentukan amonia, karbon dioksida dan air

Komponen Hf (J/mol)

NH3 -4,5689x104

CO2 -3,9350x105

H2O -2,4183x105

Rumus yang dipakai:

=

=n

i

cplipL NC

1

Rumus yang dipakai:

=

=n

i

EiipS NC1

Rumus yang dipakai:

=

=n

i

EiipS NC1

Komponen Hf (J/mol)

Urea -3,3289x105

Karbamat -6,4561x105

Sumber : ChemcadDatabase


5/28/2018 nermas

20/306

LC-160

Sumber : Reklaitis, 1983

Tabel LB.10 Sifat fisika bahan baku

KomponenMassa Relatif

Titik didih (K) Titik Leleh (K)

Hovl

(J/mol)NH3 17 239,731 195,41 23351

CO2 44 194,681 216,58 1656,9

H2O 18 373,161 373,15 4065,2

Karbamat 78 404,15 470 -

Urea 60 405,85 465 -

Sumber : Reklaitis, 1983 dan ChemcadDatabase

Tabel LB.11 Data steamdan air pendingin yang digunakan

Komponen C kJ/kg Keterangan

Water in 30 125,734 saturated liquid

Water out 60 251,180 saturated liquid

Steam in 550 3816,4 Superheated steam

Steam out 300 2567,7 saturated vapour

Steam out 300 1671,8 saturated liquid

Sumber : Smith, 2001

Tabel LB.12 Data kapasitas panas refrigrantyang digunakan

Komponen C kJ/Kg.K

Water in -450C 1,584

Water out -250C1,763

Sumber : Dow, 2001

Beberapa persamaan yang digunakan untuk perhitungan neraca panas adalah sebagaiberikut:Persamaan untuk menghitung kapasitas panas (Reklaitis, 1983) :

32dTcTbTaCp +++=

Jika Cp adalah fungsi dari temperatur maka persamaan menjadi :

)(4)(3)(2)(4

1

4

2

3

1

3

2

2

1

2

212

2

1

TTd

TTc

TTb

TTaCpdT

T

T+++=

Untuk sistem yang melibatkan perubahan fasa persamaan yang digunakan adalah :

++=22

1 1

T

T

v

T

T

T

T

Vll

b

b

dTCpHdTCpCpdT

Perhitungan energi untuk sistem yang melibatkan reaksi :

+=2

1

2

1

)(

T

T

out

T

T

outr CpdTNCpdTNTHrdt

dQ

Perhitungan neraca panas untuk peralatan yang mengalami perubahan panas:LB.1 REAKTOR (R-101)

Fungsi : Mereaksikan nitrogen dan hidrogen untuk memproduksi amonia


5/28/2018 nermas

21/306

LC-161

Nitrogen

T=450 C

P = 150 atm

Hidrogen

T = 450 C

P = 150 atm

Amonia

T = 450 C

P = 150 atm

R-101

150 atm

450 C(N10)

(N8)

(N11)

Reaksi : N2 + 3 H2 2 NH3

Panas Masuk :

Panas masuk alur 8 dTCplN

723,15

298.15

8

senyawa

=

Tabel LB.13 Panas masuk alur 8Komponen N8(kmol/jam) 298.15

723,15cpl dT (kJ/kmol) Q (kJ/jam)

N2 1121,0724 1,2814x104 1,4365x107

Total 1121,0724 1,2814x104 1,4365x107

Panas masuk alur 10 dTCplN469,5

298.15

10

senyawa

=

Tabel LB.14 Panas masuk alur 10

Komponen N10(kmol/jam) 298.15723,15cpl dT (kJ/kmol) Q (kJ/jam)

H2 3363,2173 4,0981x104

13,7829x107

Total 3363,2173 4,0981x104 13,7829x107

Total panas masuk = panas masuk alur 8 + panas masuk alur 10= 15,2194x107 kJ/jam

Panas Keluar :

Panas keluar alur 11 dTCpgN

723,15

298.15

11

senyawa

=

Tabel LB.15 Panas Keluar alur 11

Komponen N11(kmol/jam) 298.15723,15cpg dT (kJ/kmol) Q (kJ/jam)

Nitrogen 672,6434 12,814x103 0,8619 x107Hidrogen 2017,9306 13,660x103 2,7565x107

Amonia 898,8580 35,974x103 3,2336 x107

Total 3589,4320 62,4487x103 6,8520 x107

Panas ReaksiReaksi : N2 + 3 H2 2 NH3r1 = 448,4289 kmol/jam

Hr(298K)= [2 HofNH3 ( H

ofN2+ 3 H

ofH2) ]

= -91291,2000 kJ/kmol


5/28/2018 nermas

22/306

LC-162

Hr1x r1 = [(Hr(298,15K) + dT (NH3) - dT(N2)

- 3 dT (H2)] x r1

= [-91291,2000 + 35970,6920 12826,7170 40962,0850] x 448,4289

= -4,8928 x 107kJ/jamMaka, selisih panas adalah :

+=2

1

2

1

)(

T

T

in

T

T

outr CpdTNCpdTNTHrdt

dQ

))101,4365()1013,7829(()106,8520()104,8928( 7777 ++=dt

dQ

=dt

dQ -13,2602x107kJ/jam

Tabel LB.16 Neraca panas Reaktor (R-101)

Komponen Qmasuk(kJ/jam) Qkeluar(kJ/jam)

Umpan 15,2194x107 -

Produk - 6,8520x107

Panas Reaksi - -4,8928x107

Steam - 13,2602x107

Total 15,2194x107 15,2194x107

LB.2 Flash Drum (F-101)

Fungsi : Untuk memisahkan fasa cair amonia dari campuran fasa gasnya.

F-101

-35 C

19 atm

Nitorgen

Hidrogen

Amonia

T = -35 C

P =19 atm

Nitorgen

Hidrogen

Amonia

T = -35 C

P =19 atm

Nitorgen

Hidrogen

Amonia

T = -35 C

P =19 atm

(N13)

(N14)

(N12)

Panas Masuk :


238,15

298.15

12

senyawa

=

Tabel LB.17 Panas masuk alur 12 fasa cair


Nitrogen 672,6434 -1,7449x103 -1,1174x106


5/28/2018 nermas

23/306

LC-163

Hidrogen 2017,9306 -1,6901x103 -3,4105x106

Ammonia 898,8580 -2,1004x103 -1,8879x106

Total 3589,4320 -5,5354x103 -6,4721x106

Tabel LB.17 Panas masuk alur 12 fasa cair.(lanjutan)

Komponen N12(kmol/jam)Hvl

(J/mol)298.15238,15cpl dT

(kJ/kmol) Qout (kJ/jam)

Ammonia 898,8580 23351 -4,9502x103 -4,4495x106

Total panas masuk alur 6 = (-1,1174x106) + (-3,4105x106) + ((898,8580 x(-2,1004x103 + -4,9502 x103 + 23351))

= 1,0068x107 Kj/kmolPanas Keluar :


238,15

298.15

14

senyawa

=

Tabel LB.18 Panas keluar alur 14 fasa gas


Nitrogen 8,4412 -1,7449x103 -1,4729x104

Hidrogen 8,2972 -1,6901x103 -1,4023x104

Ammonia 764,7180 -2,1004x103 -160,6213x104

Total 781,4564 -5,5354x103 -1,6348x106

Panas Keluar :


238,15

298.15

13

senyawa

=



Nitrogen 664,2023 -1,7449x103 -1,1589x106

Hidrogen 2009,6330 -1,6901x103 -3,3965x106

Ammonia 132,1399 - 4,9502x103 - 0,6541x106

Total 2805,9752 - 8,3852x103 - 5,2095x106

Total panas keluar = panas keluar alur 7 + panas keluar alur 8= -6,8443x106kJ/jam

Maka, selisih panas adalah :

=2

1

2

1

T

T

in

T

T

out CpdTNCpdTN

dt

dQ

=dt

dQ-1,6912x 107kJ/jam

Tanda Q negatif, berarti sistem melepas panas sebesar 2,1796 x 107kJ/jam. Makauntuk menyerap panas ini digunakan air pendingin.

Tabel LB.20 Neraca panas Flash Drum (F-101)


Umpan 1,0068x10

7

-


5/28/2018 nermas

24/306

LC-164

Produk - -6,8443x106

Air Pendingin 1,6912x107

Total 1,0068x107 1,0068x107

LB.3 Reaktor (R-201)

Fungsi : Tempat terjadinya reaksi menghasilkan urea, produk samping air dan

produk antara karbamat.

Amonia

Karbon dioksida

Amonia

Karbon dioksida

Karbon dioksidaAmonia

Urea

Karbamat

Air

(N19)

R-201

182 C

150 atm

(N21)T = 182 C

P =150 atm

T = 182 C

P =150 atmT = 182 C

P =150 atm

T = 182 CP =150 atm

(N16)

(N18)

Panas Masuk :

Panas masuk alur 16 dTCpgN455,15

298.15

16

senyawa

=



Ammonia 573,9090 1,2012x104 6,8934x106

Total 573,9090 1,2012x104 6,8934x106

Panas Masuk :


298.15

18

senyawa

=


Komponen N16(kmol/jam) 298.15455,15cpg dT (kJ/kmol) Q (kJ/jam)CO2

286,9545 6,3576x103 1,8243x106

Total 286,9545 6,3576x103 1,8243x106

Panas Masuk :


298.15

21

senyawa

=



Ammonia 218,0092 6,0059x103 1,3093x106

Karbondioksida 109,0046 6,358x103 0,6931x106


5/28/2018 nermas

25/306

LC-165

Total 327,0138 12,3636x103 2,0024x106

Total panas masuk = panas masuk alur 16 + panas masuk alur 18 + panas masukalur 21

= 1,0720 x107

kJ/jamPanas Keluar :


455,15

298.15

19

senyawa

=



Amonia 158,3836 6,0059x103 0,9512x106

Karbon dioksida 79,1918 6,358x103 0,5035x106

Total 237,5754 12,3636x103 1,4547x106

Tabel LB.25 Panas keluar alur 19 fasa cair


Karbamat 63,3535 36,9578x103 2,3414x106

Urea 253,4138 18,8714x103 4,7823x106

Air 253,4138 12,0440x103 3,0521x106

Total 570,1811 67,8729x103 10,1758x106

Panas ReaksiReaksi I : 2NH3 + CO2 Karbamatr1 = 316,7673 kmol/jam

Hr(298K)= [Hof

karbamat (2 Hof amonia + H

of CO2) ]

= - 1,6073 x105kJ/kmol

Hr1x r1 = [(Hr(298,15K) + dT (karbamat) -2 dT(NH3)

- dT (CO2)] x r1

= [-1,6073x105 + 40336 (2 x 21899) + 6952,8] x 316,7673

= -4,9808 x 107kJ/jam

Reaksi II : Karbamat Urea + H2Or2 = 253,4138 kmol/jam

Hr(298,15) = [Hofurea + Hof air- H

of karbamat ]

= 7,0890 x104 kJ/kmol

Hr2x r2 = [(Hr(298,15K) + dT (Urea) + dT(H2O)

- dT (karbamat)] x r2

= [7,0890x104 + 20596 + 13197 - 40336] x 253,4138

= 1,6306 x 107kJ/jam


5/28/2018 nermas

26/306

LC-166


+=2

1

2

1

)(

T

T

in

T

T

outr CpdTNCpdTNTHr

dt

dQ

)101,0720()101631,1()101,6306()104,9808-( 7777 ++=dtdQ

=dt

dQ- 3,2591 x107kJ/jam

Tanda Q negatif, berarti sistem melepas panas sebesar 3,2591x107 kJ/jam. Makauntuk menyerap panas ini digunakan air pendingin.Data air pendingin yang digunakan:T masuk = 30oCT keluar = 60oCAir pendingin yang diperlukan adalah :

kg/jam102,5980

kJ/kg125,734)-(251,180

kJ/jam10x3,2591

(30)pendinginair-(60)pendinginAir

dQ/dt.m

5

7

=

=

=

Tabel LB.26 Neraca panas Reaktor (R-201)Komponen Qmasuk(kJ/jam) Qkeluar(kJ/jam)

Umpan 1,0720x107 -

Produk - 1,1631x107

Panas reaksi - -3,3502x107

Pendingin - 3,2591x107

Total 1,0720x107 1,0720x107

B-1.4Knock Out Drum I(F-201)Fungsi : Untuk memisahkan campuran gas dan liquid yang keluar dari

Reaktor (R-201)


5/28/2018 nermas

27/306

LC-167

F-201

190 C

150 atm

Karbon dioksida

Amonia

Urea

Karbamat

Air

Amonia

Karbon dioksida

Urea

Karbamat

Air

(N19)

(N22)

(N24)

T = 220 C

P =150 atm

T = 220 C

P =150 atm

T = 100 C

P =150 atm

Panas Masuk :

Panas masuk alur 19 dTCpgN

455,15

298.15

19

senyawa

=

Tabel LB.27 Panas masuk alur 19 fasa gas


Amonia 158,3836 6,0059x103 0,9512x106


Total 237,5754 12,3636x103 1,4547x106


455,15

298.15

19

senyawa

=

Tabel LB.28 Panas masuk alur 19 fasa cairKomponen N19(kmol/jam) 298.15


Karbamat 63,3535 36,9578x103 2,3414x106

Urea 253,4138 18,8714x103 4,7823x106

Air 253,4138 12,0440x103 3,0521x106

Total 570,1811 67,8729x103 10,1758x106

Total Panas Masuk = dTCplN

455,15

298.15

19

senyawa +

dTCpgN

455,15

298.15

19

senyawa

= 11,6305 x 106

kJ/jam

Panas Keluar :

Panas keluar alur 22 dTCpgNT

298,15

22senyawa

=

Panas keluar alur 24 dTCplNT

298.15

24

senyawa

=

Tabel LB.29 Panas keluar alur 22


Amonia 158,3836 7,5721 x103

1,1992 x106


5/28/2018 nermas

28/306

LC-168

Karbon dioksida 79,1918 8,0372 x103 0,6365 x106

Total 237,5754 15,6093 x103 1,8357 x106



Karbamat 63,3535 45,9030 x103 2,9081 x106

Urea 253,4138 23,4390 x103 5,9397 x106

Air 253,4138 15,1341 x103 3,8352 x106

Total 570,1811 84,4761 x103 12,6830 x106

Total panas keluar = panas keluar alur 22 + panas keluar alur 24

= 1,8357 x10

6

+ 12,6830 x10

6

= 14,5187 x106kJ/jam


=2

1

2

1

T

T

in

T

T

out CpdTNCpdTN

dt

dQ

)10x11,6305()x1014,5187( 66 =dt

dQ

=dt

dQ2,8882 x106 kJ/jam

Superheated steam pada 1 atm, 5500

C, H(5500

) = 3596,5 kJ/kg (Smith, 2001)Saturated steam pada 1 atm, 3000C, HV(300

0C) = 2751 kJ/kg (Smith, 2001)HL(300

0C) = 1345,1 kJ/kg (Smith, 2001)

= [H(550oC) Hv(300oC)]+ [Hv(300

oC) Hl(300oC)]

= [3596,5 - 2751] + [2751 - 1345,1]= 2251,4 kJ/kg

Steam yang diperlukan adalah :

kg/jam8462,1282

kJ/kg2251,4

kJ/jam2,8882x10

dQ/dt.m

5

=

=

=

Tabel LB.31 Neraca panas KO Drum(F-201)


Umpan 11,6305 x106 -

Produk - 14,5187 x106

Steam 2,8882 x10

6


5/28/2018 nermas

29/306

LC-169

Total 14,5187 x106 14,5187 x106

B-1.5Low Pressure Decomposer(S-201)

Fungsi : Tempat penguraian Amonium Karbamat

Urea

Karbamat

Air

Karbon dioksida

Amonia

Urea

Karbamat

Air

S-201

70 C

20 atm

(N24) (N25)

70 C

20 atm

220 C

20 atm

Panas Masuk


298.15

24

senyawa

=

Tabel LB.32 Panas masuk alur 24Komponen N24(kmol/jam) 298.15


Karbamat 63,3535 45,9030 x103 2,9081 x106

Urea 253,4138 23,4390 x103 5,9397 x106

Air 253,4138 15,1341 x103 3,8352 x106

Total 570,1811 84,4761 x103 12,6830 x106


298.15

25

senyawa

=

Tabel LB.33 Panas keluar alur 25Komponen N25(kmol/jam) 298,15

343,15cpl dT (kJ/kmol) Qout (kJ/jam)

Amonia 125,4399 1,6454x103 0,2064x106


Karbamat 0,6335 10,5930x103 0,0067x106

Urea 253,4138 5,4090x103 1,3707x106

Air 253,4138 3,3907x103 0,8593x106

Total 695,6209 22,7571x103 2,5508x106

Panas ReaksiReaksi III : Karbamat 2NH3 + CO2

r3 = 62,7199 kmol/jam


5/28/2018 nermas

30/306

LC-170

Hr(298,15) = [(2 Hof amonia + H

of CO2) H

ofkarbamat]

= 1,6073 x105 kJ/kmol

Hrx r3 = [(Hr(298,15K) +2 x dT (NH3) + dT(CO2)

- dT (karbamat)] x r3

= [1,6073x105 + (2 x 4110,5 + 1719,3 - 21186] x 62,7199

= 9,3756 x 106kJ/jam


+=

2

1

2

1

)(

T

Tin

T

Toutr

CpdTNCpdTNTHrdt

dQ

)x1012,6830()102,5508()103756,9( 666 +=dt

dQ

=dt


Tanda Q negatif, berarti sistem melepas panas sebesar 1,7566 x107 kJ/jam. Maka

untuk menyerap panas ini digunakan air pendingin.

Data air pendingin yang digunakan:T masuk = 30oC

T keluar = 60oCAir pendingin yang diperlukan adalah :

Tabel LB.34 Neraca panasLow Pressure Decomposer(R-202)

Komponen Q masuk (kJ/jam) Q keluar(kJ/jam)

Umpan 12,6830 x10

6

-Produk - 2,5508x106

Panas reaksi - 9,3756x106


Total 12,6830 x106 12,6830 x106

B-1.6 Knock Out Drum II(F-202)

Fungsi : Untuk memisahkan campuran gas dan liquid yang keluar dari Low

Pressure Decomposer(S-101)

kg/jam2803,6031

kJ/kg125,4460

kJ/jam100,7566x

dQ/dt.m

6

=

=

=


5/28/2018 nermas

31/306

LC-171

F-202

70 C

20 atm

Karbon dioksida

Amonia

Urea

Karbamat

Air

Amonia

Karbon dioksida

Urea

Karbamat

Air

(N25)

(N27)

(N26)

70 C

20 atm

70 C

20 atm

70 C

20 atm

Panas MasukPanas masuk alur 25 = 2,5508 x106kJ/jamTabel LB.35 Panas keluar alur 25

Komponen N25 (kmol/jam) 298,15


Amonia 125,4399 1,6454x103 0,2064x106


Karbamat 0,6335 1,0593x104 0,0067x106

Urea 253,4138 5,4090x103 1,3707x106

Air 253,4138 3,3905x103 0,8592x106

Total 695,6209 22,7571x103 2,5508x106

Panas KeluarJika diasumsikan KO drum II bersifat adiabatis maka panas masuk = panas keluar

02

1

2

1

== T

T

in

T

T

out CpdTNCpdTN

dt

dQ

=2

1

2

1

T

T

out

T

T

in CpdTNCpdTN

2,5508 x106kJ/jam = +

= dTCpgN

T

298,15

20senyawa

dTCplNT

298.15

21

senyawa

Suhu keluar KO Drum dapat diperoleh secara iterasi sehingga diperoleh suhu keluar

343,15 K (700C)

Panas keluar alur 27 dTCpgNT

298,15

27senyawa

=


298.15

26

senyawa

=

Tabel LB. 36 Panas keluar alur 27


Amonia 125,4399 1,6454x103 0,2064x106


Total 188,1598 3,3646x103 0,3142x106


5/28/2018 nermas

32/306

LC-172


298.15

26

senyawa

=

Tabel LB. 37 Panas keluar alur 26Komponen N26 (kmol/jam) 298.15


Karbamat 0,6335 36,9578 x103 0,0067x106

Urea 253,4138 18,8714 x103 1,3707x106

Air 253,4138 12,0440 x103 0,8592x106

Total 507,4611 67,8729 x103 2,2366x106

Total panas keluar = panas keluar alur 20 + panas keluar alur 21= 0,3142x106 + 2,2366x106= 2,5508x106 kJ/jam

Tabel LB.36 Neraca panas Knock Out Drum(F-202)


Umpan 2,5508x106 -

Produk - 2,5508x106

Total 2,5508x106 2,5508x106

B-1.7 Evaporator I (FE-301)

Fungsi : untuk menaikkan konsentrasi larutan urea dengan menguapkan air.

Urea

Karbamat

Air

Urea

Karbamat

Air

Air

(N28)

(N30)

(N29)

FE-301

128,96 C

0,3 atm

128,96 C

0,3 atm

128,96 C

0,3 atm

70 C

20 atm

Panas MasukPanas masuk alur 26 = Panas masuk alur 28Tabel LB. 39 Panas keluar alur 28

Komponen N28 (kmol/jam) 298.15343,15cpl dT (kJ/kmol) Q (kJ/jam)

Karbamat 0,6335 36,9578 x10

3

0,0067x10

6


5/28/2018 nermas

33/306

LC-173

Urea 253,4138 18,8714 x103 1,3707x106

Air 253,4138 12,0440 x103 0,8592x106

Total 507,4611 67,8729 x103 2,2366x106

Titik didih campurancampuranpelaruttanlaru TbTbTb +=

Bcampuran kx

PBM

GTb

1000

1

1

=

dimana: G1 = Berat zat terlarut (massa urea+karbamat), kgP = Berat pelarut (air), kgkb = Konstanta air = 0,52BM = Berat molekul zat terlarut

= (BM urea x % mol urea) + (BM karbamat x % mol karbamat)

C

kxPBM

GTb Bcampuran

0

1

1

9611,82

52,04561,4484

1000

60,0448

15254,2430

1000

=

=

=

K

C

CC

TbTbTb campuranpelarutlaru

402,1111

9611,128

9611,281000

00

tan

=

=

+=

+=

Panas Keluar

Panas keluar alur 30 dTCpgdTCplN402,1111

bp

bp

298,15

30senyawa

++= vlH


KomponenN30

(kmol/jam)298,15

bpcpl dT(kJ/kmol)

Hvl

(J/mol)bp

402,1111cpg dT(kJ/kmol) Qout (kJ/jam)

Air 126,7069 5,6719x103 40656,2 9,8682x102 5,9951x106

Panas keluar alur 29 dTCplN

402,1111

298.15

29Senyawa

=


Komponen N29(kmol/jam) 298,15


Karbamat 0,6335 2,4472x104 0,0155x106

Urea 253,4138 1,2496x104 3,1667x106

Air 126,7069 7,8928x103 1,0001x106

Total 380,7542 4,4861x104 4,1823x106

Total panas keluar = panas keluar alur 29 + panas keluar alur 30


5/28/2018 nermas

34/306

LC-174

= 10,1774x106 kJ/jamMaka, selisih panas adalah :

=2

1

2

1

T

T

in

T

T

out CpdTNCpdTN

dt

dQ

)kJ/jam102,2366()1010,1774( 66 =dt

dQ

=dt

dQ7,9408 x 106 kJ/jam

Untuk evaporator I kebutuhan steam yang di perlukan diperoleh dari uap airevaporator II, karena tipe evaporator yang digunakan adalah evaporator double effectyang bertujuan untuk menghemat jumlah energi yang dibutuhkan. Jadi, jumlah steamyang masuk sama dengan steam yang keluar.

( ).......

kJ/kg)H-H(

kJ/jam109,12002550,2593

KondensatmasukSteam

dQ/dt.m

Kondensat157,58

6

=

=

=

Suhu keluar evaporator I dapat diperoleh secara iterasi sehingga diperoleh suhu

keluar 378,9150K (105,765oC).

Tabel LB.42 Neraca panas Evaporator I (FE-301)


Umpan 2,2366x106 -

Produk - 10,1774x106

Steam 7,9408x106 -

Total 10,1774x106 10,1774x106

B-1.8 Evaporator II (FE-302)

Fungsi : untuk menaikkan konsentrasi larutan urea dengan menguapkan

air


5/28/2018 nermas

35/306

LC-175

Urea

Karbamat

Air

Urea

Karbamat

Air

Air

(N31)

(N33)

(N32)

FE-302

157,58 C

0,03 atm

157,58 C

0,03 atm

157,58 C

0,03 atm

128,96 C

0,3 atm

Panas MasukPanas keluar alur 30 = Panas masuk alur 31Tabel LB.43 Panas masuk alur 31



Karbamat 0,6335 2,4472x104 0,0155x106

Urea 253,4138 1,2496x104 3,1667x106

Tabel LB.43 Panas masuk alur 31. (lanjutan)

Komponen N31(kmol/jam) 298,15402,111cpl dT (kJ/kmol) Qout (kJ/jam)

Air 126,7069 7,8928x103 1,0001x106

Total 380,7542 4,4861x104 4,1823x106

Titik didih campuran

campuranpelaruttanlaru TbTbTb +=

Bcampuran kx

PBM

GTb

1000

1

1

=

dimana: G1 = Berat zat terlarut (massa urea+karbamat), kg

P = Berat pelarut (air), kgkb = Konstanta air = 0,52BM = Berat molekul zat terlarut

= (BM urea x % mol urea) + (BM karbamat x % mol karbamat)

C

kxPBM

GTb Bcampuran

0

1

1

58,5073

52,02257,9164

1000

60,0448

2430,15254

1000

=

=

=


5/28/2018 nermas

36/306

LC-176

K

C

CC

TbTbTb campuranpelarutlaru

431,6573

158,5073

58,50731000

00

tan

=

=

+=

+=

Panas Keluar

Panas keluar alur 33 dTCpgdTCplN430,7333

bp

bp

298,15

33senyawa

++= vlH


KomponenN34

(kmol/jam)298,15

bpcpl dT(kJ/kmol)

Hvl

(J/mol)bp

431,6573cpg dT(kJ/kmol) Qout (kJ/jam)

H2O 125,4398 5,6719x103 40656,2 1,9996x103 6,0622 x106

Panas keluar alur 32 dTCplN430,7333

298.15

32Senyawa

=




Karbamat 0,6335 3,1428x104 1,9909 x104

Urea 253,4138 1,6048x104 4,0667 x106

H2O 1,2671 1,0189x104

1,2910 x104

Total 255,3144 5,7665x104 4,0995x106

Total panas keluar = panas keluar alur 32 + panas keluar alur 33= 10,1617x106kJ/jam


=2

1

2

1

T

T

in

T

T

out CpdTNCpdTN

dt

dQ

)kJ/jam104,1823()1010,1617( 66 =dt

dQ

=dt

dQ 5,9794 x106kJ/jam

Superheated steam pada 1 atm, 5500C, Hv(5500) = 3596,5 kJ/kg (Smith, 2001)Saturated steam pada 1 atm, 3000C, HV(300

0C) = 2751 kJ/kg (Smith, 2001)HL(300

0C) = 1345,1 kJ/kg (Smith, 2001)= [H(550oC) Hv(300

oC)]+ [Hv(300oC) Hl(300

oC)]= [3596,5 - 2751] + [2751 - 1345,1]= 2251,4 kJ/kgSteam yang diperlukan adalah:


5/28/2018 nermas

37/306

LC-177

kg/jam102,6558kJ/kg2144,6

kJ/jam105,9794

KondensatmasukSteam

dQ/dt.m

3

6

=

=

=

Tabel LB.46 Neraca panas Evaporator II (FE-302)


Umpan 4,1823x106 -

Produk - 10,1617x106

Steam 5,9794x106 -

Total 10,1617x106 10,1617x106

B-1.9Mealting Tank(TK-401)

Fungsi : Melelehkan urea yang keluar dari Evaporator II (FE-302)

(N38) Urea

Karbamat

Air

Urea

Karbamat

Air

(N36)

(N42)

Urea

Karbamat

Air

197 C

157,58 C

1 atm

197 C

1 atm

Panas MasukPanas keluar alur 32 = Panas masuk alur 36

Panas masuk alur 36 dTCplN7430,7333

298.15

36Senyawa

=


Komponen N36 (kmol/jam) 298,15430,733cpl dT (kJ/kmol) Qout (kJ/jam)Karbamat 0,6335 3,1210x104 0,0197x106

Urea 253,4138 1,5936x104 4,0384x106

Air1,2671

1,0115x104 0,0128x106

total 255,3144 5,7262x104 4,0709x106

Produk yang tidak memenuhi standar ukuran produk yang diinginkan, yangdiasumsikan 0,01% dari umpan yang yang masuk ke dalam Screening akanditeruskan ke dalam Hopper dan dariHopperakan direcycleke dalam Prilling Tank(alur 42) dalam fasa padat. Sehingga menghasilkan neraca panas sebagai berikut:


5/28/2018 nermas

38/306

LC-178

Panas masuk alur 42 dTCpsN7303,15

298.15

42Senyawa

=


Komponen N42

(kmol/jam) 298,15470,15

cps dT (kJ/kmol) Qout(kJ/jam)Karbamat 0,0068 602,85 4,0994

Urea 2,5595 0,4605 1,1788

Air0,0064

0 0

total 2,5787 603,3101 5,2782

Total Panas Masuk = Panas Masuk Alur 36 + Panas Masuk Alur 42= 4,0709 x106kJ/jam + 5,2782 kJ/jam= 4,0719 x106kJ/jam

Panas Keluar

Panas keluar alur 38 dTCpldTCpsN470,15

465

470,15

298.15

38senyawa

+=


Komponen N38 (kmol/jam)298,15

470,15cps dT(kJ/kmol)

298,15470,15cpl dT


Karbamat 0,6399 20,7380 4,0489x104 0,0259x106

Urea 255,9480 15,8292 2,0674x104

5,2955x106

Air 1,2797 0 1,3248x104 0,0169x106

total 257,8676 36,5672 7,4412x104 5,3383x106


=2

1

2

1

T

T

in

T

T

out CpdTNCpdTN

dt

dQ

)104,0719()103383,5( 66 =dt

dQ

=dt

dQ

1,2664 x10

6

kJ/jam


0C) = 2751 kJ/kg (Smith, 2001)HL(300


oC)]+ [Hv(300oC) Hl(300

oC)]= [3596,5 - 2751] + [2751 - 1345,1]= 2251,4 kJ/kg

Steam yang diperlukan adalah:


5/28/2018 nermas

39/306

LC-179

kg/jam562,4944kJ/kg2251,4

kJ/jam101,2664

KondensatmasukSteam

dQ/dt.m

6

=

=

=

Tabel LB.50 Neraca panasMealting Tank(TK-401)


Umpan 4,0719x106 -

Produk - 5,3383 x106

Steam 1,2664x106 -

Total 5,3383x106 5,3383x106

B-2.0Prilling Tower(TK-402)

Fungsi : Membentuk partikel-partikel urea yang keluar dari melting tank

(TK-401) dengan bantuan udara pendingin dari air cooler(E-302)

TK-402

79,024 C

1 atmUrea

Karbamat

Air

Urea

Karbamat

Air

(N37) (N40)

(N38)

(N39)

Udara

Udara

79,024 C

1 atm

62,63 C

1 atm

197 C

1 atm

30 C

1 atm

Panas MasukPanas masuk alur 37 = 5,3383 x106kJ/jam


Komponen N37 (kmol/jam)

298,15470,15cps dT

(kJ/kmol)

298,15470,15cpl dT



5/28/2018 nermas

40/306

LC-180

Karbamat 0,6399 20,7380 4,0489x104 0,0259x106

Urea 255,9480 15,8292 2,0674x104 5,2955x106

Air 1,2797 0 1,3248x104 0,0169x106

total 257,8676 36,5672 7,4412x104 5,3383x106

Panas masuk udaraAsumsi suhu udara masuk 30 oC (298,15 K) dan massa udara 1000 kg/jam

Panas masuk udara dTCpgN298,15

273.15

masukudara

senyawa

=

Tabel LB.52 Panas masuk udara Prilling Tower(TK402)

Komponen N38

udaramasuk (kg/jam) 298,15303,15cpg dT (kJ/kmol) Qin (kJ/jam)

Udara 1000 8,8114 x102 0,8811 x106

Total panas masuk = panas masuk alur 37 + panas masuk udara= 6,2194 x106 kJ/jam

Panas Keluar

Panas keluar alur 40 dTCpsNT

298,15

40senyawa

=

Panas keluar udara keluar dTCpgNT

298.15

keluarudara

senyawa

=

Jika diasumsikanPriling Towerbersifat adiabatismaka,panas masuk = panas keluar

=2

1

2

1

T

T

in

T

T

out CpdTNCpdTNdtdQ = 0

=2

1

T

T

inCpdTN 2

1

T

T

outCpdTN

6,2194 x106kJ/jam dTCpsNT

298,15

40senyawa

= dTCpgN

T

298.15

keluarudara

senyawa

=

Suhu keluar Priling Tower(T) dapat diperoleh secara iterasi sehingga diperoleh suhukeluar 335,780K (62,63oC).Berikut adalah panas hasil iterasi:Panas Keluar

Panas keluar alur 40 dTCpsN335,78

298,15

40senyawa

=


Komponen N40(kmol/jam) 298,15335,78cps dT (kJ/kmol) Qout (kJ/jam)

Karbamat 0,6399 4,5370x103 2,9032 x 103

Urea 255,9480 3,4630 0,8863 x 10 3

H2O 1,2797 0 0

Total 257,8676 4,5405x103 3,7895 x 103


5/28/2018 nermas

41/306

LC-181

Panas keluar udara keluar dTCpgN335,78

298.15

keluarudarasenyawa

=

Tabel LB.54 Panas keluar udara Prilling Tower(TK-402)

KomponenNudarakeluar(kmol/jam) 298,15

335,78cpg dT (kJ/kmol) Qout (kJ/jam)

Udara 1000 6,9846x103 6,9846x106

Tabel LB.55 Neraca panas Prilling Tower (TK-402)

Komponen Qmasuk (kJ/jam) Qkeluar(kJ/jam)

Umpan 6,2194x106 -

Udara masuk 0,8811 x106 -Produk - 0,0038 x106

Udara keluar - 6,9846 x106

Total 6,9884 x106 6,9884 x106

B-2.1Heater(E-101)Fungsi : Untuk menaikan temperatur Nitrogen sebelum dimasukkan ke

dalam Reaktor Amonia (R-101)

(N7) (N8)

Nitrogen

Kondensat 350 C

Nitrogen

Steam 650 C

T = 30 C

P = 1 atm

T = 450 C

P = 150 atm

Panas MasukPanas masuk alur 7 = 1,6317 x105 kJ/jam

Panas Keluar

Panas keluar alur 8 dTCpgN723,15

298,15

8senyawa

=


Komponen N8(kmol/jam) 298,15723,15cpl dT (kJ/kmol) Q (kJ/jam)


5/28/2018 nermas

42/306

LC-182

Nitrogen 1121,0724 12,8138 x103 14,3652 x106

Total 1121,0724 12,8138 x103 14,3652 x106


=2

1

2

1

T

T

in

T

T

out CpdTNCpdTN

dt

dQ

)x100,1632()x1014,3652( 66 =dt

dQ

=dt

dQ14,2020 x 106 kJ/jam


0C) = 2751 kJ/kg (Smith, 2001)HL(300

0C) = 1345,1 kJ/kg (Smith, 2001)= [H(550oC) Hv(300oC)]+ [Hv(300oC) Hl(300oC)]= [3596,5 - 2751] + [2751 - 1345,1]= 2251,4 kJ/kg


kg/jam6308,0749

kJ/kg2251,4

kJ/jam1014,2020

KondensatmasukSteam

dQ/dt.m

6

=

=

=

Tabel LB.57 Neraca panasHeater (E-101)


Umpan 0,1632 x106 -

Produk - 14,3652 x106

Steam 14,2020 x 106 -

Total 14,3652 x106 14,3652 x106

B-2.2Heater(E-102)Fungsi : Untuk menaikan temperatur Hidrogen sebelum dimasukkan ke

dalam Reaktor Amonia (R-101)


5/28/2018 nermas

43/306

LC-183

(N9) (N10)Hidrogen

Kondensat 350 C

Hidrogen

Steam 650 C

T = 30 C

P = 1 atmT = 450 C

P = 150 atm

Panas MasukPanas masuk alur 9 = 4,8694 x 105Panas Keluar


298.15

10

senyawa

=



Hidrogen 3363,2173 13,6603 x103 4,5943 x107

Total 3363,2173 13,6603 x103 4,5943 x107


=2

1

2

1

T

T

in

T

T

out CpdTNCpdTN

dt

dQ

)x100486,0()x104,5943( 77 =dt

dQ

=dt

dQ4,5457 x 107 kJ/jam


0C) = 2751 kJ/kg (Smith, 2001)

HL(3000

C) = 1345,1 kJ/kg (Smith, 2001)= [H(550oC) Hv(300

oC)]+ [Hv(300oC) Hl(300

oC)]= [3596,5 - 2751] + [2751 - 1345,1]= 2251,4 kJ/kg


kg/jam2019,0548

kJ/kg2251,4

kJ/jam104,5457

KondensatmasukSteam

dQ/dt.m

6

=

=

=


5/28/2018 nermas

44/306

LC-184



Umpan 0,0486x 107 -

Produk - 4,5943 x107

Steam 4,5457 x 107 -

Total 4,5943 x107 4,5943 x107

B-2.3Refrigrator(E-103)

Fungsi : Untuk mengkondensasikan gas amonia yang keluar dari Reaktor

Amonia (R-101)

(N11) (N12)Nitrogen

HidrogenAmonia

Air Pendingin Bekas

-30 C

Nitrogen

HidrogenAmonia

Air Pendingin

-80 C

T = 450 C

P = 150 atm

T = -35 C

P = 19 atm

Panas MasukPanas masuk alur 11 = 6,8520x107kJ/jamPanas Keluar


273.15

12

senyawa

=



Nitrogen 672,6434 -1,7449x103 -1,1174x106

Hidrogen 2017,9306 -1,6901x103 -3,4105x106

Amonia 898,8580 -2,1004x103 -1,8879x106

Total 3589,4320 -5,5354x103 -6,4721x106


Komponen N12

(kmol/jam) Hvl 298.15238,15

cpl dT (kJ/kmol) Qout (kJ/jam)


5/28/2018 nermas

45/306

LC-185

Amonia 898,8580 23351 -4,9502x103 -4,4495x106

Total panas keluar alur 12 = (-1,1174x106) + (-3,4105x106) + ((898,8580 x(-2,1004x103 + -4,9502 x103 + 23351))

= 1,0068x107

Kj/kmolMaka, selisih panas adalah :

=2

1

2

1

T

T

in

T

T

out CpdTNCpdTN

dt

dQ

)106,8520()101,0068( 77 =dt

dQ

kJ/jamx105,8452 7=dt

dQ

Tanda Q negatif, berarti sistem melepas panas sebesar 5,8452 x107 kJ/jam. Makauntuk menyerap panas ini digunakan air pendingin.

Media pendingin yang digunakan adalah Dowtherm J yang masuk pada suhu -45 0 C

dan keluar pada suhu -25 0 C (Dow,2001).Dowtherm J yang diperlukan :

kg/jam10087,535

kJ/kg108,6738

kJ/jam105,8452

K193,15)-(243,15

dQ/dt.m

4

7

=

=

=

Tabel LB.62 Neraca panasRefrigrator (E-103)


Umpan 6,8520x107 -

Produk - 1,0068x107


Total 6,8520x107 6,8520x107

B-2.4Heater(E-104)Fungsi : Untuk menaikkan temperatur amonia sebelum dimasukkan ke

dalam Reaktor Urea (R-201)


5/28/2018 nermas

46/306

LC-186

(N14) (N15)Amonia

Kondensat 350 C

Amonia

Steam 650 C

T = 182 C

P = 150 atm

T = -35 C

P = 19 atm

Panas MasukPanas masuk alur 14 = - 1,6438x106 kJ/jamPanas Keluar


455,15

298.15

15

senyawa

= Tabel LB.63 Panas keluar alur 15


Ammonia 573,9090 6,0059x103 3,4468x106

Total 573,9090 6,0059x103 3,4468x106

Total panas keluar = N9 x (HVl+ Qout)

= 573,9090 kmol/jam x (23351 + 3,4468 x106kJ/jam )= 1,9915x107 kJ/jam


=2

1

2

1

T

T

in

T

T

out CpdTNCpdTN

dt

dQ

)101,6438-()109150,19( 66 =dt

dQ

=dt

dQ1,8271 x107kJ/jam


0C) = 2751 kJ/kg (Smith, 2001)

HL(300

0

C) = 1345,1 kJ/kg (Smith, 2001)= [H(550oC) Hv(300oC)]+ [Hv(300

oC) Hl(300oC)]

= [3596,5 - 2751] + [2751 - 1345,1]= 2251,4 kJ/kgSteam yang diperlukan adalah:

kg/jam108,1154

kJ/kg2251,4

kJ/jam101,8271

KondensatmasukSteam

dQ/dt.m

3

7

=

=

=


5/28/2018 nermas

47/306

LC-187

Tabel LB. 64 Neraca panasHeater (E-104)


Umpan -1,6438x106 -

Produk - 1,9915 x 107Steam 1,8271 x 107 -

Total 1,9915x107 1,9915 x 107

B-2.5Heater(E-201)Fungsi : Untuk temperatur Karbon dioksida sebelum dimasukkan ke dalam

Reaktor Urea (R-201)

(N17) (N18)Karbon dioksida

Kondensat 350 C

Steam 650 C

Karbon dioksida

T = 182 C

P = 150 atm

T = 30 C

P = 1 atm

Panas MasukPanas masuk alur 17 = 5,3542 x104 kJ/jamPanas Keluar


298.15

18senyawa

=



Karbon dioksida 286,9545 6,3577 x103 1,8243 x106

Total 286,9545 6,3577 x103 1,8243 x106


=2

1

2

1

T

T

in

T

T

out CpdTNCpdTN

dtdQ

)100,0535()101,8243( 66 =dt

dQ

=dt



0C) = 2751 kJ/kg (Smith, 2001)HL(300


oC)]+ [Hv(300oC) Hl(300

oC)]

= [3596,5 - 2751] + [2751 - 1345,1]


5/28/2018 nermas

48/306

LC-188

= 2251,4 kJ/kg




Umpan 0,0535 x106 -

Produk - 1,8243 x106

Steam 1,7708 x106 -

Total 1,8243 x106 1,8243 x106

B-2.6Heater (E-202)Fungsi : Untuk menaikan temperatur Amonia dan Karbon dioksida sebelum

dimasukkan ke dalam Reaktor urea (R-201)

(N20) (N21)Amonia

Karbon dioksida

Air Pendingin Bekas 60 C

Air Pendingin 30 C

Amonia

Karbon dioksidaT = 182 C

P =150 atmT = 130 C

P = 85 atm


Panas Keluar


298.15

17

senyawa

=




Amonia 218,0092 6,4534x103 1,4069x106


Total 327,0138 12,8111x103 2,1000x106


kg/jam10x8,2570

kJ/kg2251,4

kJ/jam101,7708

dQ/dt.m

3

6

=

=

=


5/28/2018 nermas

49/306

LC-189

=2

1

2

1

T

T

in

T

T

out CpdTNCpdTN

dt

dQ

)103093,1()102,1( 66 =dt

dQ

=dt

dQ7,9070 x105kJ/jam


0C) = 2751 kJ/kg (Smith, 2001)HL(300


oC)]+ [Hv(300oC) Hl(300

oC)]= [3596,5 - 2751] + [2751 - 1345,1]= 2251,4 kJ/kg




Umpan 1,3093x106 -Produk - 2,100x106


Total 1,3093x106 1,3093x106

LB.2.7 Water Condenser(E-301)Fungsi : Untuk mengkondensasikan uap air yang keluar dari Evaporator I dan

II untuk diteruskan ke unit utilitas

kg/jam105120,3

kJ/kg2251,4

kJ/jam7,9070x10

KondensatmasukSteam

dQ/dt.m

2

5

x=

=

=


5/28/2018 nermas

50/306

LC-190

(N31)(N36)


Air Pendingin 30 C

Air(N34)

Air

Air T = 100 C

P = 1 atm

T = 128,96 C

P = 0,03 atm

T = 157,58 C

P = 0,3 atm


Panas masuk alur 34 = 6,0622 x106 kJ/jamTotal panas masuk = panas masuk alur 31 + panas masuk alur 34

= 12,0573 x106 kJ/jam

Panas KeluarAsumsi suhu keluar kondensor 100 oC

Panas keluar alur 36 [ ]N36senyawa vlH= Tabel LB.69 Panas keluar alur 36

Komponen N36(kmol/jam) Hvl (Kj/kmol) Qout (kJ/jam)

H2O 252,1467 40656,2 10,2513 x 106


=2

1

2

1

T

T

in

T

T

out CpdTNCpdTN

dt

dQ

)1012,0573()1010,2513( 66 =dt

dQ

=dt

dQ-1,8059 x106 kJ/jam

Tanda Q negatif, berarti sistem melepas panas sebesar 1,8059 x106 kJ/jam. Makauntuk menyerap panas ini digunakan air pendingin.Data air pendingin yang digunakan:T masuk = 30oCT keluar = 60oC

Air pendingin yang diperlukan adalah:

kg/jam101,4396

kJ/kg125,446

kJ/jam101,8059

dQ/dt.m

4

6

=

=

=


5/28/2018 nermas

51/306

LC-191

Tabel LB.70 Neraca panasWater Condenser(E-301)

Komponen Q masuk(kJ/jam) Q keluar(kJ/jam)Umpan 12,0573 x106 -

Produk - 10,2513 x106

Pendingin - -1,8059 x106

Total 12,0573 x106 12,0573 x106

LB.2.9 Cooler(E-302)Fungsi : Untuk menurukan temperatur yang keluar dari Prillinng Tank

(TK-402)

(N39) (N40)Udara


Air Pendingin 30 C

UdaraT = 79,024 C

P = 1 atm

T = 30 C

P = 1 atm

Panas MasukPanas masuk alur 39 = 6,9825 x106 kJ/jamPanas Keluar


298.15

40senyawa

=


KomponenNudarakeluar(kmol/jam) 298,15

352,174cpg dT (kJ/kmol) Qout (kJ/jam)

Udara 1000 8,8114 x103 8,8114 x105


=2

1

2

1

T

T

in

T

T

out CpdTNCpdTNdt

dQ

65 016,9825108,8114 =dt

dQ


5/28/2018 nermas

52/306

LC-192

=dt

dQ- 61,0139 x105 kJ/jam

Tanda Q negatif, berarti sistem melepas panas sebesar 61,0139 x105 kJ/jam. Makauntuk menyerap panas ini digunakan air pendingin.

Data air pendingin yang digunakan:T masuk = 30oCT keluar = 60oCAir Pendingin yang diperlukan adalah:

kg/jam104,8637

kJ/kg125,446

kJ/jam1061,0139

dQ/dt.m

4

5

=

=

=

Tabel LB.74 Neraca panas Cooler (E-302)


Umpan 6,9825 x106 -

Produk - 8,8114 x105

Pendingin - 61,0139 x105

Total 6,9825 x106 6,9825 x106

LAMPIRAN C

PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN

C.1 Tangki Penyimpanan Nitrogen (TK-101)

Fungsi : Menyimpan nitrogen umpan

Bahan konstruksi :Low alloy steel, SA-285,Grade-C

Bentuk : Silinder vertikal dengan alas dan tutup hemispherical

Jenis sambungan : Single welded butt joins

Jumlah : 8 unit

Kebutuhan perancangan : 4 hari


5/28/2018 nermas

53/306

LC-193

Kondisi operasi :

Tekanan = 150 atm

Temperatur = 30 oC = 303,15 K

Laju alir massa = 31390,0272 kg/jam

Faktor kelonggaran = 20%

Densitas () = 556 kg/m3 = 0,5560 kg/liter

Perhitungan:

A.Volume Tangki

Kebutuhan larutan Nitrogen per jam = 31.390,0272 kg/jam

Volume gas, Vl = 31390,0272 kg/jam x24 jam/hari x4hari

= 3.013.442,6110 m3

Direncanakan 8 buah tangki, sehingga:

Volume untuk 1 tangki = 3264,680.3768

61103.013.442,= m3

Densitas Bahan dalam tangki = 0,5560 kg/liter = 556 kg/m3

Total volume bahan dalam tangki =kg/liter0,5560

kg64376.680,32 = 677.482,6014 liter

= 677,4826 m3

Faktor kelonggaran = 20 % (Perry dan Green, 1999)Volume tangki, VT = (1 + 0,2) x 677.482,6014 liter

= 1,2 x 677.482,6014 liter= 812.979.1217 liter

= 812,9791 m3

Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (Hs: Dt) = 5 : 4Volume silinder (Vs) =

4

1Dt

2Hs

Vs =16

5Dt

3

Tinggi head (Hh) =1/4Dt (Brownell dan Young, 1959)

Volume tutup (Vh) ellipsoidal = /12 D3

= /12 (1/4D)3

Vt= Vs+ 2 Vh (Brownell dan Young, 1959)

Vt= (5/16 D3)

+ (/48 D3)

Vt= 16/48 D3


5/28/2018 nermas

54/306

LC-194

m9,190516

812,979148

16

Vt48(D)tangkiDiameter 33 =

==

Tinggi silinder (Hs) =5/4D =

5/49,1905 m = 11,4878 m

Tinggi tutup ellipsoidal(Hh) = 1/4D = 1/4 x 9,1905 m = 2,2975 m

Tinggi Tangki (HT) = Hs+ 2Hh = 16,0838 m

B. Tekanan Desain

Tinggi bahan dalam tangki =tangkivolume

tangkitinggitangkidalambahanvolume

=812,9791

11,4878677,8426

= 9,5783 m

Tekanan hidrostatis = Densitas bahan g tinggi cairan dalam tangki= 566 kg/m3 9,8 m/s29,5783 m

= 53.128,6586 Pa= 0,5243 atm

Tekanan operasi = 150 atm

Faktor keamanan untuk tekanan = 20 %

P desain = (1 + 0,2) (150 atm + 0,5243 atm)

= 180,6292 atm

= 2.204,4 psia

C. Tebal dinding tangki (bagian silinder)-Faktor korosi (C) : 0,0042 in/tahun (Chuse dan Eber,1954)

-Allowable working stress(S) : 22.500 lb/in2 (Brownell dan Young, 1959)

-Efisiensi sambungan (E) : 0,9

-Umur alat (A) direncanakan : 10 tahun

)AC(0,6PSE

RP(d)silinderTebal +

= (Peters dan Timmerhaus, 2004)

dimana : d = tebal dinding tangki bagian silinder (in)P = tekanan desain (psi)R = jari-jari dalam tangki (in) = D/2S = stress yang diizinkanE = efisiensi pengelasan

( ) ( ) ( )

m0,6548in25,7812

100042,02654,36526,090,0500.22

361,83922654,3652d

==

+

=


5/28/2018 nermas

55/306

LC-195

Dipilih tebal silinder standar = 26 in

D. Tebal dinding head (tutup tangki)

Faktor korosi (C) : 0,0042 in/tahun (Eber, 1954)

Allowable working stress(S) : 22.500 lb/in2 (Brownell, 1959)

Efisiensi sambungan (E) : 0,9

Umur alat (A) direncanakan :10 tahun

)AC(1,2P2SE

DiP(dh)headTebal +

= (Timmerhaus, 2004)

dimana : dh = tebal dinding head (tutup tangki) (in)P = tekanan desain (psi)

Di = diameter tangki (in)S = stress yang diizinkanE = efisiensi pengelasan

( ) ( ) ( )

m0,6548in25,7812

100042,02.654,88422,19,0500.222

361,83922.654,8442dh

==

+

=

Dipilih tebal head standar = 26 in

C.2 Tangki Penyimpanan Hidrogen (TK-102)

Fungsi : Menyimpan hidrogen umpan

Bahan konstruksi :Low alloy steel, SA-318

Bentuk : Silinder vertikal dengan alas dan tutup elipsoidal

Jumlah : 3 unit


Kondisi operasi :

Tekanan = 150 atm

Temperatur = 30 oC

Laju alir massa = 6726,4346 kg/jam


Densitas = 0,6935 kg/liter

Perhitungan:

A. Volume Tangki


5/28/2018 nermas

56/306

LC-196

Kebutuhan larutan Hidrogen per jam = 6726,4346 kg/jam

Total massa bahan dalam tangki = 6726,4346 kg/jam24 jam/hari4 hari

= 645737,7216 kg


Total massa bahan dalam tangki = kg9072,1524523

kg6645737,721=

Densitas Bahan dalam tangki = 0,6935 kg/liter = 693,535 kg/m3


kg2215245,907= 310376,2180 liter

= 310,3762 m3

Faktor kelonggaran = 20 % (Perry dan Green, 1999)Volume tangki, VT = (1 + 0,2) x 310,3762 liter

= 372,4515 m3

Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (Hs: Dt) = 5 : 4

Volume silinder (Vs) =4

1Dt

2Hs

Vs =165 Dt3



= /12 (1/4D)3


Vt= (5/16 D3)+ (/48 D

3)

Vt= 16/48 D3

7,0863m

16

372,451548

16


==


5/47,0863 m = 8,8578 m

Tinggi tutup ellipsoidal(Hh) =1/4D =

1/4 x 7,0863 m = 1,7715 m


B. Tekanan Desain

Tinggi silinder (Hs) = 9,3236 m

Tinggi bahan dalam tangki = tangkivolume



5/28/2018 nermas

57/306

LC-197

=372,4515

8,8578310,3762

= 7,3816 m

Tekanan hidrostatis = Densitas bahan g tinggi cairan dalam tangki= 693,535 9,8 7,3816

= 50,1674 kPa = 0,4951 atm


Faktor keamanan untuk tekanan = 20 %

P desain = (1 + 0,2) (150 atm + 0,4951 atm)

= 180,5941 atm

= 2.654,6475 psia

C. Tebal dinding tangki (bagian silinder)-Faktor korosi (C) : 0,0042 in/tahun (Chuse dan Eber,1954)



-Umur alat (A) direncanakan : 10 tahun

)AC(0,4P4SE

DP(d)silinderTebal +

= (Brownell dan Young, 1959)

dimana : d = tebal dinding tangki bagian silinder (in)P = tekanan desain (psi)R = jari-jari dalam tangki (in) = D/2S = stress yang diizinkanE = efisiensi pengelasan

( ) ( ) ( )

in9,3068

100042,02.654,47714,090,0500.224

278,98792.654,4771d

=

+

=

Dipilih tebal silinder standar = 10 in

D. Tebal dinding head (tutup tangki)-Faktor korosi (C) : 0, 042 in/tahun (Chuse dan Eber, 1954)



-Umur alat (A) direncanakan :10 tahun

- )AC(0,4P4SE

DP(dh)headTebal +

= (Brownell dan Young, 1959)


5/28/2018 nermas

58/306

LC-198

dimana : dh = tebal dinding head (tutup tangki) (in)P = tekanan desain (psi)Di = diameter tangki (in)S = stress yang diizinkan

E = efisiensi pengelasan

( ) ( ) ( )

m0,24875in9,7933

100042,02.654,47714,090,0500.224

293,65622.654,4771dh

==

+

=

Dipilih tebal head standar = 10 in.

C.3 Tangki Penyimpanan Fuel gas (TK-103)

Fungsi : Menyimpan fuel gas

Bahan konstruksi :High alloy steel, SA-318

Bentuk : Silinder vertikal dengan alas dan tutup hemispherical

Jumlah : 4 unit


Kondisi operasi :

Tekanan = 1925,1750 kPa = 19 atm

Temperatur = -35o

C = 238,15 KLaju alir massa = 24863,2682 kg/jam


Tabel LC.I Komposisi pada tangki penyimpanan fuel gas

No Komponen Laju alir 8

(kg/jam)

Laju alir 8

(kmol/jam)

% mol BM %mol x

BM

1 NH3 2246,3378 132,1399 0,0471 17 0,80062 H2 4019,2660 2009,6330 0,7162 2 1,4324

3 N2 18597,6644 664,2023 0,2367 28 6,6279

Total 24863,2682 2805,9752 1 8,8608

Densitas gas =RT

BMP

BMcampuran = 8,8608 Kg/Kmol


5/28/2018 nermas

59/306

LC-199

Densitas gas = kg/liter0,48315,2381005,82

8608,8193

=

Perhitungan:

A. Volume Tangki

Kebutuhan larutan Fuel gas per jam = 24863,2682 kg/jam

Total massa bahan dalam tangki = 24863,2682 kg/jam24 jam/hari2 hari

= 1193436,8740 kg



4

kg41193436,87=

Densitas Bahan dalam tangki = 0,4832 kg/liter = 483,2 kg/m3

Total volume bahan dalam tangki =4832,0

8298359,214= 617,4652 m3

Faktor kelonggaran = 20 % (Perry dan Green, 1999)Volume tangki, VT = (1 + 0,2) x 617,4652

= 740,9583 m3



1 Dt2Hs

Vs =16

5Dt

3

Tinggi head (Hh) =1/4 Dt (Brownell dan Young, 1959)


= /12 (1/4D)3

Vt= Vs+ 2 Vh (Brownell dan Young, 1959)Vt= (5/16 D3)+ (/48 D

3)

Vt= 16/48 D3

m8,912416

740,958348

16


==


5/48,9124 m = 11,1405 m


1/4 x 8,9124 m = 2,2281 m



5/28/2018 nermas

60/306

LC-200

B. Tekanan Desain




=707,9219

11,1405617,4652

= 9,2837 m

Tekanan hidrostatis = Densitas bahan g tinggi cairan dalam tangki= 483,29,8 9,2837

= 0,4338 atm


Faktor keamanan tekanan = 20 %P desain = (1 + 0,2) (19 atm + 0,4338atm)

= 23,3206 atm

C. Tebal dinding tangki (bagian silinder)

Faktor korosi (C) : 0,035 in/tahun (Chuse,1954)



Umur alat (A) direncanakan : 10 tahun

)AC(0,4P4SE

DiP(d)silinderTebal +

= (Brownell, 1959)

dimana :d = tebal dinding tangki bagian silinder (in)P = tekanan desain (psi)R = jari-jari dalam tangki (in) = D/2S = stress yang diizinkanE = efisiensi pengelasan

( ) ( ) ( )

in0,4535

100,0042336,24984,090,022.5004

350,8812336,2498d

=

+ =

Dipilih tebal silinder standar = in.


Faktor korosi (C) : 0,042 in/tahun (Chuse, 1954)




5/28/2018 nermas

61/306

LC-201


)AC(P4,04SE

DiP(dh)headTebal +

= (Brownell, 1959)

dimana :dh = tebal dinding head (tutup tangki) (in)P = tekanan desain (psi)Di = diameter tangki (in)S = stress yang diizinkanE = efisiensi pengelasan

( ) ( ) ( )

in0,4535

100,0042336,24984,090,022.5004

350,8812336,2498d

=

+

=

Dipilih tebal head standar = 3/4in

C.4 Tangki Penyimpanan Amonia (TK-201)

Fungsi : wadah penyimpanan amonia

Bahan konstruksi : Carbon steel, SA-283, Grade C

Bentuk : Silinder horizontal dengan alas dan tutup hemispherical

Jumlah : 5 unit


Tabel LC.2 Komposisi pada tangki penyimpanan ammonia

Komponen Laju alir massa

(kg/jam)

Laju alir mol

(kmol/jam)

%mol BM %mol x BM

NH3 13000,2060 764,718 0,9786 17 15,6358

H2 16,5944 8,2972 0,0106 2 0,0212

N2 236,3536 8,4412 0,0108 28 0,3025

Total 13253,1540 781,4564 1,0000 15,9596

Densitas cairan (persamaan Grain)

n

blb TTM )/(23( = (Lyman, 1982)

M = berat molekul rata-rata

lb = densitas pada titik didih =Vb

1

T = temperatur operasi

Tb = titik didih normal rata-rata


5/28/2018 nermas

62/306

LC-202

n = bilangan eksponen = 0,31 (non hidrocarbon)

Dari tabel 19-5 Lyman, diperoleh Vbuntuk setiap unsur C, H, N, dan O = 7

Sehingga diperoleh jumlah total = 98

Jadilb =

3gr/cm0,0102040898

1=

Densitas cairan = 331,0

gr/cm0,1528264,230

253230102,09596,15 =

= 152,8 kg/m3

Perhitungan:

A. Volume Tangki

Kebutuhan larutan Amoniaper jam = 13253,1540kg/jam

Total massa bahan dalam tangki = 13253,1540kg/jam24 jam/hari2 hari

= 636151,3920 kg



kg0636151,392=

Densitas Bahan dalam tangki = 0,1528 kg/liter = 152,8kg/m3


kg4127230,278

= 832,6588 m3

Faktor kelonggaran = 20 % (Perry dan Green, 1999)Volume tangki, VT = (1 + 0,2) x 832,6588

= 999,1906 m3



1Dt

2Hs

Vs = 16

5

Dt3



= /12 (1/4D)3


Vt= (5/16 D3

)+ (/48 D3

)


5/28/2018 nermas

63/306

LC-203

Vt= 16/48 D3

9,8464m16

999,190648

16


==


5/49,8464 m = 12,3080 m


1/4 x 9,8464 m = 2,4616 m


B. Tekanan Desain




=999,1906

12,3080832,6588

= 10,2567 m

Tekanan hidrostatis = Densitas bahan g tinggi cairan dalam tangki= 152,8 9,8 10,2567

= 0,1516 atm


Faktor keamanan tekanan = 20 %

P desain = (1 + 0,2) (150 atm + 0,1516 atm)

= 180,1819 atm = 2592,4841 psia

C. Tebal dinding tangki (bagian silinder)

Faktor korosi (C) : 0,0042 in/tahun (Chuse,1954)



Umur alat (A) direncanakan : 10 tahun

)AC(0,4P4SE

DP(d)silinderTebal +

= (Brownell, 1959)

dimana :d = tebal dinding tangki bagian silinder (in)P = tekanan desain (psi)R = jari-jari dalam tangki (in) = D/2S = stress yang diizinkanE = efisiensi pengelasan


5/28/2018 nermas

64/306

LC-204

( ) ( ) ( )

in12,6102

100042,02592,48414,090,0500.224

387,65462592,4841d

=

+

=

Dipilih tebal silinder standar = 123

/4in.


Faktor korosi (C) : 0,0042 in/tahun (Chuse, 1954)




)AC(0,4P4SE

DP(dh)headTebal +

= (Brownell, 1959)

dimana :dh = tebal dinding head (tutup tangki) (in)P = tekanan desain (psi)Di = diameter tangki (in)S = stress yang diizinkanE = efisiensi pengelasan

nermas

Documents

3 hasil iterasi flash

330 hari kerja1 hari

berat molekul bahan

1 neraca massa reaktor

terjadi kesetimbangan

2 flash drum f

campuran fasa gasnya

7842 h kpa6825