Neraca Panas Amonium Sulfat [PDF]

  • 0 0 0
  • Suka dengan makalah ini dan mengunduhnya? Anda bisa menerbitkan file PDF Anda sendiri secara online secara gratis dalam beberapa menit saja! Sign Up
File loading please wait...
Citation preview

Neraca Panas Basis waktu



: 1 jam



Satuan panas



: Kilo jule (Kj)



Temperatur referensi



: 25 C



Kapasitas Produksi



298.15 K



82070.7071 kg/jam



Data Cp gas untuk komponen gas Komponen



A



B



C



D



E



NH3



33.573



-1.26E-02



8.89E-05



-7.18E-08



1.86E-11



H2SO4



9.486



3.38E-01



-3.81E-04



2.13E-07



-4.69E-11



H2O



33.933



-8.42E-03



2.99E-05



-1.78E-08



3.93E-12



N2



29.414



-4.60E-03



1.30E-05



-5.48E-09



2.92E-13



Data-data kontatnta kapasitas panas dalam bentuk cairan Komponen



A



B



C



D



NH3



-182



3.36E+00



-1.44E-02



2.04E-05



H2SO4



26.004



7.03E-01



-1.39E-03



1.03E-06



H2O



92.053



-4.00E-02



-2.11E-04



5.35E-07



(Sumber Perry, 1999 dan Yaws ) 1. Tangki penyimpanan H₂SO₄



T= 30 ⁰C 303.15 P= 1 atm 14.7 T ref= 25 ⁰C 298.15 T out = 107 ⁰C 380.15 Laju alir massa H₂SO₄ = Kadar bahan baku x Total Produk Laju lir molar H₂SO₄ =laju alir massa H₂SO₄ : BM H₂SO₄ Laju alir massa H₂O = Kadar bahan baku x Total produk



K psia K K 80429.29286 kg/jam 820.1965395 Kmol/jam 1641.41414 kg/jam



Laju alir mola H₂O= Laju alir massa H₂O : BM H₂O 91.114757866 Kmol/jam Panas Input Komponen Massa (Kg) N (Kmol) ʃCp dT Q (kj/jam) H₂SO₄ 80429.29286 820.196539501 698.54229633 572941.97415 H₂O 1641.41414 91.1147578658 377.47141324 34393.216419 TOTAL 82070.707 911.311297367 1076.0137096 607335.19057 Panas input = 607335.190565 kj/jam Panas Output Komponen Massa (Kg) N (Kmol) ʃCp dT Q (kj/jam) H₂SO₄ 91.114757866 820.196539501 11851.744696 9720759.9867 H₂O 34393.216419 91.1147578658 6172.4935286 562405.25328 TOTAL 34484.331177 911.311297367 18024.238225 10283165.24 10283165.24 Kj/jam Panas output = Menghitungan Kebutuhan steam Q in + Q steam = Qout Q steam = 9675830.0494 kj/jam



Oleh karena membutuhkan fluida panas yang berfungsi sebagai pemanas, yaitu saturated steam pada steam tabel dengan kondisi : P = 14.7 psia HL = 180.07 Kj/kg HV = 1150.4 Kj/kg 970.33 Kj/kg λ steam =Hv - HL Menghitung massa steam (m) m steam = Qsteam / λ steam m steam= 9971.6900945 kg panas steam masuk = m steam x Hv 11471432.285 Kj/jam panas steam keluar= m steam x HL 1795602.2353 kj/jam



Neraca panas total Panas input Q in 607335.19057 Q steam in 11471432.285 TOTAL



Panas output Q out 10283165.24 Q steam out 1795602.2353



12078767.475



12078767.475



2. Vaporizer Berfungsi : Untuk mengubah fasa amonia cair menjadi fase gas sebanyak 80% gas dan 20% cair T= -35



⁰C



238



K



P= 1



atm



14.7



psia



⁰C



298



K



T ref= 25



Laju alir massa NH₃ = Kadar bahan baku x Total Produk



81660.3535645 Kg/jam 4801.5730913447 Kmol/jam



Laju lir molar NH₃ =laju alir massa NH₃ : BM NH₃



410.3535355 Kg/jam



Laju alir massa H₂O = Kadar bahan baku x Total produk



22.7786894942 Kmol/jam



Laju alir mola H₂O= Laju alir massa H₂O : BM H₂O Anotoine Komponen



A



B



C



NH3



16.9481



2132.5



-32.98



CO2



22.5898



3103.39



22.5898



H2O



18.3036



3816.44



-46.13



Tdew komponen nh3 h2O



312.436575874 K 39.4365758735 °C zi ln P° P° K xi 0.9952783938 9.3172185533 11127.98686526 0.9960604068 0.0047216062 13.3266785759 613342.3708427 54.8999615864 1



Enthalpy vaporization = A (1-T/Tc)^n Komponen h20 nh3



A



Tc 52.053 31.523



n 647.13 405.65



0.321 0.364



1.00 0.00 1.00



Panas masuk Komponen



massa (kg/jam)



mi(Kmol/jam)



ʃCp.dt



Q(kj/jam)



NH₃



81660.3535645



4801.5730913447



-4640.043168



-22279506.4181468



H₂O



410.3535355



22.7786894942



-4592.5201872



-104611.591340045



Total



82070.7071



4824.3517808389



-22384118.0094869



Q keluar (sensibel) T=



312.4365758735 °K



komponen



massa



39.4365758735 C



kmol/jam



102.9858365724



ʃCpdT



zi



Q(sensibel) (kj/jam)



NH3



81660.3535645



4801.5730913447



0.9952783938



1184.056550324



5685334.07066593



H2O



410.3535355



22.7786894942



0.0047216062



1088.5856768057



24796.5551197833



Total



82070.7071



4824.3517808389



1



5710130.62578572



Q keluar ( latent) komponen



massa



kmol/jam



L(J / mol)



NH3



81660.3535645



4801.5730913447



H2O



410.3535355



22.7786894942



Total



82070.7071



4824.3517808389



Beban vaporizer total = (Q sensible + Q latent) - Q masuk = Neraca panas total Arus Qmasuk



input (kj/jam)



output (Kj/jam)



-22384118.01



Q(latent)



89580.01



Q(sensibel)



5710130.62578572



Qsteam



28183828.65



jumlah



5799710.63640273



5799710.63640273



Q (latent)



18.4565516859 88620.4819341117 42.1239634153



959.5286829012 89580.0106170129



28183828.65 Kj/jam



F



3. Centrifuge Separator Berfungsi : T=



60 C



P=



333.15 K



1.5 atm



Tref =



22.05 psia



25 C



298.15 K



Data-data kontatnta kapasitas panas dalam bentuk cairan Komponen



A



B



C



D



NH3



-182



3.36E+00



-1.44E-02



2.04E-05



H2SO4



26.004



7.03E-01



-1.39E-03



1.03E-06



H2O



92.053



-4.00E-02



-2.11E-04



5.35E-07



(NH₄)₂SO₄



51.6



Panas masuk centrifuge Komponen



Massa (Kg)



N(Kmol)



ʃCp dT



Q (kj/jam)



H₂SO₄



49.04



0.5000968785



4961.7517573498



2481.3565656116



(NH₄)₂SO₄



26558.8186



201.1102339071



1806



1519648.38722102



H₂O



393.2509



21.8472722222



2634.0941342613



57547.7716101656



TOTAL



1579677.5153968



Panas keluar centrifuge ke MLT Komponen Massa (Kg) N(Kmol) ʃCp dT Q (kj/jam) H₂SO₂ 35.7606 0.3646770888 4961.7517573498 1809.4371859749 (NH₂)₂SO₂ (l) 13279.4093 201.1102339071 903 759824.19361051 H₂O 52.4037 2.9113166667 2634.0941342613 7668.6821546439 TOTAL 769302.31295113 Panas keluar Centrifuge ke Rotary Dryer Komponen Massa (Kg) N(Kmol) ʃCp dT Q (kj/jam) H₂SO₂ 13.2794 0.1354197897 4961.7517573498 671.9193796367 (NH₂)₂SO₂ (k) 13279.4093 201.1102339071 903 759824.19361051 H₂O 340.8473 18.9359611111 2634.0941342613 49879.104089378 TOTAL 810375.21707952 Neraca panas total centrifuge Komponen Input Output Q in 1579677.5153968 Q dari MLT 769302.31295113 Q dari Dryer 810375.21707952 Total 1579678 1579678



4. Neraca panas Rotary Dryer Kondisi operasi dalam Rotary dryer T in = P= T ref =



90 C 1 atm 25 C



363.15 K 14.7 K 298.15 K



Neraca panas masuk : Q in rotary dryer = Q out centrifuge



810375.2171 Kj/jam



Neraca panas keluar : Neraca panas keuar Produk Komponen Massa (Kg) N(Kmol) ʃCp dT Q (kj/jam) H₂SO₂ 13.1809 0.1344153129 9333.1972618401 1254.5246304707 (NH₂)₂SO₂ (k) 13147.93 99.5595217362 3354 1397130.7661862 H₂O 19.7713 1.0984055556 4888.7266588325 5369.8045216542 TOTAL 13180.8822 1403755.0953384 Neraca panas keluar ke cyclone T in = 48.94 C 322.09 K P= 1 atm 14.7 psia T ref = 25 C 298.15 K Komponen Massa (Kg) N(Kmol) ʃCp dT Q (kj/jam) H₂SO₂ 0.0985 0.0010044768 3376.3942305137 3.3915096899 (NH₂)₂SO₂ (l) 131.4793 0.9955952174 1235.304 5145.7400834613 H₂O 321.0759 17.83755 1803.2995203263 32166.445358796 TOTAL 452.6537 37315.576951947



-630695.455 Kj/jam



Q Loss = Q in - Q out =



Neraca panas total Rotary Dryer Komponen Q input (Kj) Q output (Kj) Q masuk 810375.21707952 Q keluar 1441070.6722903 Q loss -630695.45521078 Total 810375.21707952 810375.21707952



5. Neraca Panas Reaktor Berfungsi: Tempat bereaksinya NH3 dan H2S04 untuk menghasilkan (NH4)2SO4 Kondisi Operasi: T=



107 C



P=



380.15 K



1 atm



14.7 psia



Tref = 25 C Panas masuk reaktor: panas masuk dari tangki asam sulfat (H₂SO₄) Panas masuk dari Vaporizer



298.15 K 12078767.4753 kj/jam 5799710.6364 kj/jam



Neraca panas Mother Liquor Tin =



60 C



P=



1.5 atm



T op =



333.15 22.05 psia



25 C



Komponen (NH₄)₂SO₄ (l)



Massa (Kg/jam) 13410.8886



298.15 K



N (mol/jam) 1771.0553594046



ʃCp.dt



Q (kj/jam) 903 1599262.98954235



H₂SO₄



35.8591



3.5163792051



4961.7517573498 17447.4007004133



H₂O



227.4066



4.0933188



2634.0941342613 10782.1870407416



TOTAL



1627492.57728351



Q mother liquor =



1627492.57728351 kj/jam



Panas aliran keluar dari rekator = T=



107 C



P=



380.15 K



1 atm



Tref =



14.7 psia



25 C



298.15 K



Menghitung entalpi pada tekanan standar (∆H⁰R 298.15 K) Komponen



∆Hf (kj/mol)



(NH₄)₂SO₄



-1169.498844



H₂SO₄



-813.9963013



NH₃



-45.887328



∆Hf 298.15 = ∆Hf produk - ∆Hf reaktan ∆Hf 298.15 = ∆Hf (NH₄)₂SO₄ - (∆Hf H₂SO₄ + ∆Hf NH₃)



=



-263.7278867 5.6217696308 -1482.6174243



Panas reaksi, (298.15 K) bernilai negatif maka reaksi adalah ekotermis. Panas reaksi utama standar =



_� (380.15 �)= 〖�� ° 〗 _(�(298.15�))+(∫_298.15^380.15▒���) �_� = 〖∆ ° 〗 _�+(∫_�1^�2▒∆� 〖��� ��〗 ) ∆ Neraca panas Produk Komponen



massa (kg/jam)



(NH₄)₂SO₄ (k)



ʃCp.dt



Q (kj/jam)



26558.8186



3507.3841431346



4231.2 14840443.7864311



49.04



4.80891144



11851.7446959737 56993.9906524271



393.2509



7.0785162



6172.493528577 43692.0954364275



H₂SO₄ H₂O



N (mol/jam)



TOTAL



14941129.87252



Neraca panas Kondensor Tin =



-35 C



P=



238.15 K



1 atm



14.7 psia



T reff =



25 C



298.15 K



T out =



107 C



386.15 K



Panas masuk Condensor Komponen



massa (Kg/jam)



mi(kmol/jam)



ʃCp.dt



Q (kj/jam)



NH3



17.03



289.62921



-4640.546173491



-1344037.72219673



H2O



17.03



306.54



-4592.1844503273 -1407688.22140334



Total



-2751725.94360007



Panas keluar Condensor Komponen



massa (Kg/jam)



mi(kmol/jam)



ʃCp.dt



Q (kj/jam)



NH3



2.7078



46.0515546



9067.2103000908



417559.130204314



H2O



2.7078



48.7404



6627.5648664234



323030.162615421



Total Q kondensor =



740589.292819735 3492315.23642 kj/jam



panas masuk = panas keluar+ Qc



Q masuk = 19505970.6889747



Qc = 1072525.58003496 Kj/jam



Q keluar = 18433445.1089398



Neraca panas Total Komponen



Input



Umpan Gas(NH3)



5799710.63640273



Umpan cair(H2SO4)



12078767.4752885



Output



Produk



14941129.87252



Mother liquor



1627492.57728351



Kondensat



3492315.2364198



Panas reaksi



-1482.6174242569



Panas hilang



-1482.6174242569



-1074008



1072525.58003496



TOTAL



19504488.0715505 19504488.0715505



Q yang dibutuhkan =



39008976.143101 kj/jam



Media pendingin yang digunakan adalah air : T in = 30



C



303.15



K



T out = 50



C



323.15



K



T ref = 25



C



298.15



K



H(323.15 K)-(H303.15 K) =[H(323.15 K)-H(29.15 K)]-[(H(303.15K)-(298.15 K)]



∫1_298.15^323.15▒ 〖〖��〗 _((�2 �)) �� −∫1_298.15^303.15▒ 〖〖� �〗 _((�2�)) �� = 〗〗



1882.9602088601 =



-



377.471413241



1505.4887956187 J/mol



= 83638.2664232609 J/kg =



83.6382664233 Kj/kg



Air pendingin yang dibutuhkan : m= Q/(H (323.15 K) -H (303.15 K))



= 466401.060319587 Kj/kg



kj/mol mol/jam kj/jam



x 1000 mol/kmol : 18 kg/kmol



3. Centrifuge Separator Berfungsi : T=



60 C



P=



333.15 K



1.5 atm



Tref =



22.05 psia



25 C



298.15 K



Data-data kontatnta kapasitas panas dalam bentuk cairan Komponen



A



B



C



D



NH3



-182



3.36E+00



-1.44E-02



2.04E-05



H2SO4



26.004



7.03E-01



-1.39E-03



1.03E-06



H2O



92.053



-4.00E-02



-2.11E-04



5.35E-07



(NH₄)₂SO₄



51.6



N(Kmol)



ʃCp dT



Q (kj/jam)



Panas masuk centrifuge Komponen Massa (Kg) H₂SO₄ (NH₄)₂SO₄ H₂O



305.3474



3.1138515822 4961.75175735 15450.15856



165368.3712 1252.21201717 2448.5752



34.825



182456.856724



136.031955556 2634.09413426 358320.976201



TOTAL



556227.991485



Panas keluar centrifuge ke MLT Komponen Massa (Kg) N(Kmol) ʃCp dT Q (kj/jam) H₂SO₂ 45.8021 0.4670776353 4961.7517573 2317.523278 (NH₂)₂SO₂ ( 82684.1856 1252.2120172 22.75 119192.92148 H₂O 367.2863 20.404794444 2634.0941343 53748.149357 TOTAL 175258.59411 Panas keluar Centrifuge ke Rotary Dryer Komponen Massa (Kg) N(Kmol) ʃCp dT Q (kj/jam) H₂SO₂ 259.5452 2.6467729271 4961.7517573 13132.630222 (NH₂)₂SO₂ ( 82684.1856 1252.2120172 12.075 63263.935246 H₂O 2081.289 115.62716667 2634.0941343 304572.84148 TOTAL 380969.40695 Neraca panas total centrifuge Komponen Input Output Q in 556227.99148 Q dari MLT 175258.59411 Q dari Dryer 380969.40695 Total 556228 556228



0.0



4. Neraca panas Rotary Dryer Kondisi operasi dalam Rotary dryer T in = P= T ref =



90 C 1 atm 25 C



363.15 K 14.7 K 298.15 K



0.0



Neraca panas masuk : Q in rotary dryer = Q out centrifuge



380969.4 Kj/jam



Neraca panas keluar : Neraca panas keuar Produk Komponen Massa (Kg) N(Kmol) ʃCp dT Q (kj/jam) H₂SO₂ 259.5452 2.6467729271 9333.1972618 24702.853836 (NH₂)₂SO₂ ( 81865.5303 619.90693922 22.425 58163.448248 H₂O 123.1061 6.8392277778 4888.7266588 33435.115163 TOTAL 82248.1816 116301.41725 Neraca panas keluar ke cyclone T in = 48.94 C 322.09 K P= 1 atm 14.7 psia T ref = 25 C 298.15 K Komponen Massa (Kg) N(Kmol) ʃCp dT Q (kj/jam) H₂SO₂ 177.4745 1.8098377541 3376.3942305 6110.7257509 (NH₂)₂SO₂ ( 818.6553 6.1990693695 15.561 403.60375245 H₂O 1958.1829 108.78793889 1803.2995203 196177.23802 TOTAL 2954.3127 202691.56752 Q Loss = Q in - Q out =



61976.42 Kj/jam



Neraca panas total Rotary Dryer Komponen Q input (Kj) Q output (Kj) Q masuk 380969.40695 Q keluar 318992.98477 Q loss 61976.42218 Total 380969.40695 380969.40695



5.



Neraca panas Cyclone Separator



Kondisi Operasi : T in = P= T ref =



48.94 C 1 atm 25 C



Neraca panas masuk : Q in cyclone searator = Q out Rotary dryer Komponen H₂O TOTAL



322.09 K 14.7 K 298.15 K



#REF! Kj/jam



Massa (Kg) N(Kmol) ʃCp dT Q (kj/jam) 1048.6602 58.2589 #REF! #REF! 1048.6602 #REF!



Neraca panas keluar : Neraca panas keluar ke Mother Liquor dan Udara Komponen Massa (Kg) N(Kmol) ʃCp dT Q (kj/jam) H₂SO₂ 177.4745 1.8098377541 #REF! #REF! (NH₂)₂SO₂ ( 818.6553 12.398138739 15.561 807.2075049 H₂O 1048.6602 58.2589 #REF! #REF! TOTAL



#REF!