LAMPIRAN A (Neraca Masssa) - 1 [PDF]

Citation preview

LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA



2.1 Neraca Massa 2.1.1 Neraca Massa Unit reaksi



 Produk LLDPE yang diinginkan adalah 230.000 ton/tahun = 230.000



ton 1000 kg 1 tahun 1hari x x x tahun 1 ton 330 hari 24 jam



= 29040,4040 kg/jam  Produk LLDPE terdiri dari raw LLDPE sebesar 97% dan zat additif yang ditambahkan yaitu TNPP sebesar 3% dari produk LLDPE (Henri Bastos, 2008).  Raw LLDPE = 97% x 29040,4040 kg/jam



L.2



= 28169,19188 kg/jam  Berat Molekul LLDPE : 50.000 – 200.000 (Kirk Othmer vol.17, p.394) BM LLDPE teori yang digunakan adalah 125.000  Struktur LLDPE adalah [[(C2H4)25-C4H8]n , dimana 1 molekul 1-Butena menempel pada 25 ikatan ethylene (handbook of polyethylene structure, properties and applications, p.3)  Untuk mencari jumlah panjang rantai LLDPE dalam bentuk n, maka didapat n=



BM LLDPE teori BM [(C 2 H 4)25−C 4 H 8]n kg kmol kg 756 kmol



125.000 n=



n = 165,3439, dibulatkan menjadi n = 165 sehingga BM LLDPE yang didapat adalah BM LLDPE = BM [(C2H4)25-C4H8]n x nilai n yang didapat BM LLDPE = 756 kg/kmol x 165 BM LLDPE = 124.740 kg/kmol  Laju alir mol produksi didapat Laju alir mol LLDPE =



Laju alir massa LLDPE BM LLDPE



kg jam kg 124.740 kmol



18.371,2121



=



= 0,2258232474 kmol/jam  Konversi ethylene menjadi polyethylene sebesar 98%  Tabel Berat molekul bahan baku dan produk Komponen



BM (kg/kmol)



C2H4



28



L.3



C4H8



56



H2



2



N2



28



TiCl4



190



Al(C2H5)3



114



LLDPE



124.740



 Reaksi yang terjadi 4125 C2H4



+



165 C4H8



[(C2H4)25-C4H8]165



Mula-mula :



950,53



38,02



-



Bereaksi :



931,52



24,30



0,14



Setimbang :



19,01



0,76



0,23



 Ethylene - Laju alir mol ethylene umpan = 950,53 kmol/jam - Laju alir massa ethylene umpan = 950,53 kmol/jam x 28 kg/kmol = 26614,88 kg/jam - Laju alir mol ethylene sisa reaksi = 19,01 kmol/jam -Laju alir massa ethylene sisa reaksi =19,01 kmol/jam x 28kg/kmol = 532,29 kg/jam  1-Butena - Laju alir mol 1-butena umpan = 38,02 kmol/jam - Laju alir massa 1-butena umpan = 38,02 kmol/jam x 56 kg/kmol = 2129,19 kg/jam - Laju alir mol 1-butena sisa reaksi = 0,76 kmol/jam -Laju alir massa 1-butena sisa reaksi =0,76 kmol/jam x 56 kg/kmol = 42,58 kg/jam  Hidrogen



L.4



- Laju alir mol hidrogen =



0,001 – 10 mol (US patent 4,011,382 column 8 1 mol ethylene



line 63) Diambil 0,1 mol hidrogen per 1 mol ethylene. Sehingga: - Laju alir mol hidrogen =



0,1 mol x 950,53 kmol/jam 1mol



= 95,05 kmol/jam - Laju alir massa hidrogen = 95,05 kmol/jam x 2 kg/kmol = 190,10 kg/jam  Nitrogen - Laju alir massa nitrogen di reaktor = 1:1 dengan laju alir massa monomer ethylene (US patent 2,482,877 column 4 line 46) - Laju alir massa nitrogen di reaktor =



1 x 26614,88 kg/jam 1



= 26614,88 kg/jam 17.357,53224 -



Laju



alir



mol



nitrogen



di



reaktor



= 28



kg kmol



= 950,5315260459 kmol/jam - Laju alir massa nitrogen proses degassing di Product Purge Bin =



0,02lb Nitrogen (US patent 4,666,998 column 5 line 31). Sehingga : 1lb polymer



Laju alir massa nitrogen proses degassing adalah =



0,02lb Nitrogen x 64023,46621 lb/jam 1 lb LLDPE



= 1280,47 lb/jam = 580,80 kg/jam



kg jam



L.5



Karena proses degassing di PPB digunakan pada upper cone dan lower cone sehingga laju alir massa nitrogen adalah 580,80 kg/jam x 2 = 1161,61 kg/jam 757,5757 -



Laju



alir



mol



nitrogen



proses



degassing



= 28



= 41,48 kmol/jam -



Nitrogen yang digunakan 26614,88 kg/jam



-



Nitrogen yang dibutuhkan total adalah = Nitrogen yang dibutuhkan + total kebutuhan nitrogen degassing = 26614,88 + 1161,61 = 27776,49 kg/jam



 Rasio recycle (%mol) - Laju alir mol ethylene recycle = 59,3% x 19,01 kmol/jam = 11,27 kmol/jam - Laju alir massa ethylene recycle = 11,27 kmol/jam x 28 kg/kmol = 315, 65 kg/jam - Laju alir massa ethylene ke product chamber = 532,29 kg/jam -315,65 kg/jam = 216,64 kg/jam - Laju alir mol 1-butena recycle = 26,7% x 0,76 kmol/jam = 0,20 kmol/jam - Laju alir massa 1-butena recycle = 0,20 kmol/jam x 56 kg/kmol = 11,36 kg/jam - Laju alir massa 1-butena ke product chamber = 42,58 – 11,36 kg/jam



kg jam



kg kmol



L.6



= 31,21 kg/jam - Laju alir mol hidrogen recycle = 4,5% x 95,05 kmol/jam = 4,27 kmol/jam - Laju alir massa hidrogen recycle = 4,27 kmol/jam x 2 kg/kmol = 8,55 kg/jam - Laju alir massa hidrogen ke product chamber = 190,10 - 8,55 kg/jam = 181, 55 kg/jam - Laju alir mol nitrogen recycle = 9,5% x 950,53 kmol/jam = 90,30 kmol/jam - Laju alir massa nitrogen recycle = 90,30 kmol/jam x 28 kg/kmol = 2528,41 kg/jam - Laju alir massa nitrogen ke product chamber = 26614,88- 2528,41 kg/jam = 24086,46 kg/jam (Rasio molar ethylene dan 1-butena recycle didapat dari US patent 4,543,399 column 12 line 30-31)  Kesimpulan Neraca Massa Reaktor Fluidized Bed (R-201) Input (kg/jam)



Ouput (kg/jam)



Kompone n



5



9



8



10



11



Ethylene



-



-



26614,88



315,65



216,64



Hidrogen



-



-



190,10



8,55



181,55



Nitrogen



-



-



26614,88



2528,41



24086,46



1-Butena



-



-



2129,19



11,36



31,21



LLDPE



-



-



-



-



28169,19



Total



55549,06



55549,06



L.7



2.1.2 Neraca Massa Product Purge Bin (V-301)



Komponen input masuk Product Purge Bin (V-301) Komponen



Laju alir massa (kg/jam)



Laju alir mol (kmol/jam)



Nitrogen



1161,61



41,48



1-Butena



31,21



0,55



TiCl4



20579,94



108,31



TEAL



493,91



4,33



LLDPE



28169,19



0,22



 Kesimpulan Neraca Massa di Product Purge Bin (V-301) Input (kg/jam)



Output (kg/jam)



Kompone n



11



12



13



16



18



Ethylene



261,6451457



-



-



-



141,2903



Hidrogen



181,5515217



-



-



-



181,5515 217



L.8



Nitrogen



24,0864689



580,808080 8



580,80808 08



-



25248,08 506



1-Butena



31,21393451



31,2139345 1



-



-



31,21393 451



LLDPE



28169,1919



-



-



28169,191 9



-



Total



53846,68



53846,68



2.1.3 Neraca Massa Mixer Tank (M-401)



- LLDPE yang telah dipisahkan dengan gas reaktan, comonomer, katalis dan co-catalyst kemudian dicampur dengan liquid additif yaitu TNPP atau tris(nonylphenyl)phosphite sebagai antioxidant dan heat stabilizer pada LLDPE. Proses mixing dilakukan dengan bantuan steam, sehingga terjadi pelelehan pada LLDPE dan additif atau yang disebut molten. Jumlah massa additif yang ditambahkan sebesar 0,5-3% dari massa polimer (Henri Bastos,



L.9



2008). Pada pra-rancang pabrik LLDPE ini diambil jumlah massa additif yaitu 3% dari massa polimer, sehingga: - Laju alir massa TNPP =



3 x 29040,40404 kg/jam 100



= 871,2121 kg/jam  Kesimpulan Neraca Massa di Mixer tank (M-401) Komponen



Input (kg/jam)



Output (kg/jam)



16



19



20



LLDPE



28169,1919



-



28169,1919



TNPP



-



871,2121



871,2121



Total



29040,4040



29040,4040



2.1.4 Neraca Massa Extruder Pelletizer (Z-401)



- Pada unit pelletizer molten yang sudah terbentuk dimasukkan untuk didinginkan dengan air pendingin sehingga molten menjadi keras dan mudah untuk dipotong dan dibuat menjadi pellet. LLDPE yang melewati pelletizer mengandung air yang terbawa pada proses pendinginan sebesar 1% dari jumlah massa LLDPE yaitu: - Laju alir massa air pendingin yang terbawa pada proses pelletizer



L.10



=



1 x 29040,40404 kg/jam 100



= 290,4040404 kg/jam  Kesimpulan Neraca Massa di Extruder Pelletizer (Z-401) Komponen



Input (kg/jam)



Output (kg/jam)



20



21



22



LLDPE



28169,1919



-



28169,1919



TNPP



871,2121



-



871,2121



Water



-



290,4040404



290,4040404



Total



29330,8081



29330,8081