Tugas akhir prarancangan pabrik fosgen dari karbon monoksida dan gas klor kapasitas 30. 000 ton/tahun

B 
C 
D 
Cl
2 
127,601 
-6,0215E-01 
1,5776E-03 
-5,3099E-07 
COCl
2 
53,075 
4,5299E-01 
-1,6986E-03 
2,8257E-06 
 
Komponen  ΔH=∫ Cp dT 
F (kmol/j) 
Hf(kj/jam) 
Cl
2 
1069,655 
0,3870 
413,908 
COCl
2 
1608,732 
38,3382 
61675,800 
jumlah 
 
38,7251 
62089,708 
 
b. Menghitung entalpi destilat    
        Menghitung T bubble pada Top 
   
        P   =       5     atm        = 
3800 
mmhg 
       Trial T 
ΣY = 1   
 
        T =  17,568 C 
 
 
         T =  290,568 K 
 
       Po dihitung dengan persamaan Antoine  
      Po = 10 ^ ( A + B/T + C Log T + DT + ET
 2
 ) 
komp 
A 
B 
C 
D 
E 
Cl2 
28,8659 
-1,6745E+03 
-8,5216E+00 
5,379E-03  -7,787E-13 
COCl
2
  46,6551 
-2,4657E+03 
-1,5351E+01 
9,229E-03 
2,165E-13 
 

komponen 
Po 
ki 
X 
Y 
Cl2 
4,7344E+03 
1,2459 
0,7436 
0,9265 
COCl2 
1,0904E+03 
0,2869 
0,2564 
0,0736 
 
1,0000 
1,0000 
 
Menghitung H liquid pada top ( pada suhu bubble point destilat) 
 
    Cp = A + BT + CT
2
 + DT
3 
 
 
 
 
    Cp =   KJoule/kmol K 
 
 
 
    Tref    =     298 
K         ; 
Td  = 290,568   K 
Komponen 
A 
B 
C 
D 
Cl2 
127,601 
-6,0215E-01 
1,5776E-03 
-5,3099E-07 
COCl2 
53,075 
4,5299E-01 
-1,6986E-03 
2,8257E-06 
 
Komponen 
ΔH=∫ Cp dT  di(kmol/jam) 
Hd (kj/kg) 
Cl2 
-546,2166 
0,3336 
-182,220 
COCl2 
-827,1660 
0,1150 
-95,136 
jumlah 
 
0,4486 
-277,356 
 
c. Menghitung beban kondenser ( Qc ) 
        Menghitung H evap pada 
 
        λ      =    A(1-T/Tc)^n 
      ; T= 
290,568 K 
Komponen 
A 
Tc 
n 
Hvap(Kj/mol) 

Cl2 
28,56 
417,15 
0,401 
17,704 
COCl2 
35,61 
455 
0,378 
24,237 
 
Komponen 
D (kmol) 
λ (Kj/jam) 
Cl2 
0,3336 
5906,140 
COCl2 
0,1150 
2787,647 
 
0,4486 
8693,786 
 
    Neraca Massa  di sekitar kondensor  
 
    V           =           D         +     L0 
 
 
    Dimana R = L0/D = 36,181 
 
    L0 = R*D  
 
 
   V   = (R+1) D =  37,181  D 
 
 
 
 
Neraca panas  
 
 
 
V. Hv  +  Qc             =      L0.ho + D.hd   
 (R+1)D. Hv  +  Qc   =     (R+1)Dhd   
Qc       =   (hd-Hv)(R+1)D 
 
 
Qc        =  -λ(R+1)D 
 
 
Qc       =  - 8693,786  (36,1807
+
1
) 
 
=  -323241,345 KJ/jam 
 
d. Menghitung panas yang dibawa bottom 

  Menghitung entalpi botom (hb) 
 
 
  Tref    = 
298 
K         ; 
T = 
330,965 K 
Komponen 
A 
B 
C 
D 
Cl
2
 
127,601 
-0,60215 
0,0015776 
-5,3099E-07 
COCl
2
 
53,075 
0,45299 
-0,0016986 
2,8257E-06 
 
Komponen  ΔH=∫ Cp dT 
bi(kmol/jam) 
Hb (Kj/jam) 
Cl
2
 
2566,042 
0,0534 
136.900 
COCl
2
 
3807,949 
38,2231 
145551.783 
jumlah 
 
38,2765 
145688.683 
 
e. Menghitung panas yang dibawa reboiler 
    Neraca Panas di sekitar Menara distilasi 
    F.hf  + Qc + Qr        =   D.hd+B.hb 
    Hf   + Qc + Qr  
=   Hd + Hb 
   Dengan : Hf    = panas yang dibawa umpan ( Kj/jam ) 
 
 Qc  = panas yang dibawa kondenser ( Kj/jam ) 
                   Qr  = panas yang dibawa reboiler ( Kj/jam ) 
                   Hd   = panas yang dibawa destilat ( Kj/jam ) 
                   Hb  = panas yang dibawa bottom ( Kj/kam ) 
62089,708 + -323241.345 +    Qr  
= -277,356 + 145688,683
 
 
 
                    Qr        = 406562,965 Kj/jam 
Neraca panas komponen Menara Destilasi-01 

komponen 
Input ( Kj/jam) 
Output (Kj/jam) 
Umpan 
Ÿ
 
Cl
2
 
Ÿ
 
COCl
2
 
 
413,908 
 
61675,800 
 
 
- 
- 
Destilat 
Ÿ
 
Cl
2
 
Ÿ
 
COCl
2
 
 
- 
- 
 
-182,220 
-95,136 
Bottom 
Ÿ
 
Cl
2
 
Ÿ
 
COCl
2
 
 
- 
- 
 
136,900 
145551,783 
Kondenser 
- 
323241.345 
Reboiler 
406562,965 
- 
Total 
468652,673 
468652,673 
 
6. Neraca Panas HE-03 ( Cooler) 
komp 
A 
B 
C 
D 
Cl
2
 
127,601 
-6,02E-01 
1,58E-03 
-5,31E-07 
COCl
2
 
53,075 
4,53E-01 
-1,70E-03 
2,83E-06 
 
Tin   = 
331,5590 K 
Tout = 
298 K 
komp 
kmol 
Cp dT (KJ/kmol) 
Q1 (KJ/jam) 
Cl
2
 
0,0534 
2562,207 
136,696 

COCl
2
 
38,2231 
3935,438 
150424,782 
jumlah 
38,2765   
150561,478 
 
    Tout   = 308 Kelvin 
    Tref   = 298 kelvin 
komp 
kmol 
Cp dT(KJ/kmol) 
Q2 (KJ/jam) 
Cl
2
 
0,0534 
737,769 
39,360 
COCl
2
 
38,2231 
1145,567 
43787,185 
jumlah 
38,2765   
43826,545 
 
 
Q Pendingin    =        Q2 - Q1 
 
                            =  -106734,932 KJ/jam 
 
Neraca panas komponen HE-03 : 
komponen 
Input (kJ/jam) 
Output (KJ/jam) 
Cl2 
136,696 
39,360 
COCl2 
150424,782 
43787,185 
pendingin 
- 
106734,932 
jumlah 
150561,478 
150561,478 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Distilat 
Cl
2 
  
= 23,686 kg/j 
COCl
2  
= 11,386 kg/j 
 
Umpan 
Cl
2 
  
= 27,474 kg/j 
COCl
2  
= 3795,477 kg/j 
 
Bottom 
Cl
2 
  
=       3,788 kg/j 
COCl
2  
= 3784,091 kg/j 
 

 
 
 
 
 
MENARA DISTILASI 
(MD) 
 
 
Tugas  
:  Memurnikan  hasil  dari  Separator  (SP)  sebanyak  3822,951 
kg/jam menjadi hasil bawah 99,9 % COCl
2
  
Jenis 
:  Packed Tower 
 
Komposisi Umpan 
Umpan merupakan hasil cair dari Separator (SP) 
Komponen 
BM 
F, kg/jam 
F, kgmol/jam 
Zi 
Cl
2
 
71 
    27,474 
  0,3870 
0,0100 
COCl
2
 
99 
3795,477 
38,3382 
0,9900 
Jumlah 
 
3822,951 
38,7251 
1,0000 
 
 
Komposisi Hasil Atas (Distilat) 
Komponen 
D, kg/jam 
D, kgmol/jam 
X
D
 
Cl
2
 
23,686 
0,3336 
0,7436 
COCl
2
 
11,386 
0,1150 
0,2564 

Jumlah 
35,072 
0,4486 
1,0000 
 
 
Komposisi Hasil Bawah (Bottom) 
Komponen 
B, kg/jam 
B, kgmol/jam 
X
B
 
Cl
2
 
      3,788 
  0,0534 
0,0010 
COCl
2
 
3784,091 
38,2231 
0,9990 
Jumlah 
3787,879 
38,2765 
1,0000 
 
MD akan dioperasikan pada :  
Tekanan (P) = 5 atm = 3800 mmHg (dianggap tidak ada ∆P pada menara) 
 
Menentukan Suhu BubbleUmpan  
Umpan masuk pada kondisi subcooled (T
umpan
 = 39,16
 o
C) 
   Ki =
t
o
i
P
P
 
   y
i
 = K
i
 . x
i 
Dicoba/trial suhu (T) sehingga Σy
i
 = 1 
Didapat suhu bubble umpan, T
bubble umpan
 = 330,19 K = 57,19 
o
C 
Komponen 
x
i
 
o
i
P
(mmHg) 
K
i
 
a
i
 
y
i
 
Cl
2
 
0,0100 
3,36538 
2,21309 
67,9698 
0,0336 
COCl
2
 
0,9900 
0,97608 
0,58731 
12,3198 
0,9663 
Jumlah 
1,0000 
 
 
1,0000 
1,0000 
 
 
Menentukan Suhu Atas (Top) 
Digunakan kondenser total 
   xi =
i
i
K
y
 

dicoba/trial suhu (T) sehingga Σx
i
 = 1 
Didapat suhu atas, T
TOP
 = 303,32 K = 30,32 
o
C 
Komponen 
y
i
  
o
i
P
(mmHg) 
K
i
 
x
i
 
Cl
2
 
0,7436 
6717,6 
1,7678 
0,4207 
COCl
2
 
0,2564 
1681,6 
0,4425 
0,5793 
Jumlah 
1,0000 
 
 
1,0000 
 
  
Menentukan Suhu Bawah (bottom) 
Dengan cara yang sama seperti penentuan suhu atas, 
didapat T
BOTTOM
 = 330,97 K = 57,97 
o
C 
Komponen 
x
i
 
o
i
P
(mmHg) 
K
i
 
y
i
 
Cl
2
 
0,0010 
13007,8247 
3,4231 
0,0048 
COCl
2
 
0,9990 
3787,0651 
0,9966 
0,9952 
Jumlah 
1,0000 
 
 
1,0000 
 
Pemilihan Key Component 
 
Light key component   
 = Cl
2
 
 
Heavy key component  
 = COCl
2 
Menentukan 
α
av 
Komponen 
kd 
αd =  kd/khk 
kb 
αb =  kd/khk 
α
av
 
Cl
2 
LK 
1,7678 
3,9948 
3,4231 
3,4348 
3,7042 
COCl
2 
HK 
0,4425 
1,0000 
0,9966 
1,0000 
1,0000 
 
Cek Distribusi dengan persamaan Fenske 
persamaan fenske 
 
 
 
 log (di/bi)  =     A + C logαi 
 
lk 
0.7960914 = 
A  +  C log 3,7042 
…………….(1) 

hk 
-2.5215751=   A  +  C log 1,0000 
………….…(2) 
 
 
 
 
dari persamaan (2), 
A   =   -2,5216 
 
maka persamaan (1) menjadi 
 
 
3.3177  =   C log 3,7042 
 
 
C   =   5,8338 
 
sehingga,   log(di/bi) =  
-2.5216 +  5,8388 logαi 
 
 
bi = fi/(di/bi+1) 
komponen 
αi 
fi 
bi 
di/bi 
Cl
2
 LK 
3,7042 
0,3870 
0,0534 
6,2530 
COCl2 HK 
1,0000 
38,3382 
38,2231 
0,0030 
  
  
38,7251 
  
  
 
  
  
  
   
komponen 
di/bi 
bi 
di 
Xb 
Xd 
Cl
2
 LK 
6,2530 
0,0534 
0,3336 
0,0014 
0,7436 
COCl2 HK 
0,0030 
38,2231 
0,1150 
0,9986 
0,2564 
  
  
38,2765 
0,4486 
  
  
 
Menentukan harga konstanta Underwood (θ) 
1-q = Σ((αi.Xi,f)/(αi - θ)) 
Σ((αi.Xi,f)/(αi - θ)) = -0,1016 
Trial θ =  3,5735 
Komponen 
Xi,f 
αavg 
(αi.Xi,f)/(αi - θ) 
Cl LK 
0,0100 
3,7042 
 0,2831 
COCl2 HK 
0,9900 
1,0000 
-0,3847 
 
 
 
-0,1016 
 
Sehingga q = 1 – (-0,1016)  = 1,1016  (subcooled) 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Menentukan Refluks Minimum 
Rmin + 1 =  Σ((αi.Xi,d)/(αi - θ)) 
 
θ  = 
3.5735   
 
Komponen 
Xi,d 
αavg 
 (αi.Xi,d)/(αi - θ) 
Cl LK 
0,744 
3,7042 
25,2193 
COCl2 HK 
0,256 
1,0000 
-0,0988 
 
 
 
25,1205 
Diperoleh : 
      Rm + 1   =  25,1205 
            Rm   =  24,1205 
Sehingga : 
Rm/(rm+1)   =    0,9602 
Agar optimum maka R = 1.2 -1.5 Rm     (Coulson) 
Dipilih  R design   = 1,5 Rm 
 
 
= 1,5 x 24,1205 
 
 
= 36,1807 
 
    Lo =  R . D 
 
 
  =  36,1807 x 0,4486 
 
 
  =  16,2313 kmol/jam 
 
    V  =  Lo + D 
 
 
  =  16,2313 + 0,4486 

 
 
  =  16,68 kmol/jam 
 
 
Menentukan Jumlah Stage Minimum 
 
     Nm = Log ((Xlk,d/Xhk,d).(Xhk,b/Xlk,b))  
(pers. 11.58, coulson,hal 420)     
                                Log(αlk,avg)  
 
= 5,8338 
 
Jumlah plate dengan cara shortcut                (Wankat fig.9.3, hal 288) 
 
R – Rmin  =  0.3244 
               R + 1 
Plotkan ke grafik, diperoleh nilai 
 
N – Nmin =  0,46 
               N + 1 
Sehingga nilai N dapat diketahui :     N  =  11,655186   ≈    12 plate 
Dan dari  hasil perhitungan plate to plate didapatkan : 
 
Jumlah plate ideal (termasuk reboiler) 
=  16 plate 
 
Plate umpan masuk pada plate ke- 
=  8 
 
Menentukan efisiensi 
αavg         = 
3.7042   
T top       = 
303.32  K 
T bot       = 
330.97  K 
T avg      = 
317.14  K 
 
Menghitung viskositas dengan persamaan Yaw’s 
log µ   =  A + B/T + CT + DT^2    ,  (T = Tavg) 
Komp 
A 
B 
C 
D 
µi 
Zi(fr.mas) 
µi.zi 
Cl2 LK 
-0.7681 
151,40 
-8,0650E-04 
4,0750E-07 
0,28774 
0,0072 
0,0022 
COCl2 HK 
-5.99 
893,28 
1,2942E-02 
-1,4515E-05 
0,24107 
0,9928 
0,2938 
 
 
 
 
 
 
1,0000 
0,2960 

 
Nilai 
µ
avg 
= 0,2960 cp  =  0,2960 mNs/m
2
 
 
O’Connel correlation : 
E
o
 = 51 – 32,5 log (
α
avg
. 
µ
avg
)  
 
(persamaan 11.67 Coulson) 
 
Dengan : 
 
α
avg
 = 3,7042 
didapat     E
o
 = 49,69798 
Menghitung jumlah Plate Aktual dan Feed Plate 
 
N actual  =   N – 1 
                                   E
o 
 
=   30,1823    ≈    31 plate 
   Plate Umpan  =  Plate umpan ideal – 1 
 
 
 
        E
o
 
 
=  16,0972     ≈    antara plate 16 dan 17 (dari atas) 
 
MENENTUKAN DIAMETER MENARA 
ý
 
SEKSI ATAS MENARA 
a)
 
Kondisi Operasi 
Tekanan      
=   5 atm 
Suhu 
 
=  303,32 K 
Laju alir cairan (Lo)  =  16,2313 kmol/jam 
Laju alir uap (V) 
=  16,6800 kmol/jam 
 
b)
 
Menentukan Densitas Cairan Distilat 
  ρl   =  A.B
-(1-T/Tc)^n 
                  
(Persamaan Racket) 
Komp 
A 
B 
n 
Tc 
ρi 
Yi(fr.mas) 
ρi.Yi 
Cl2 LK 
0,566 
0,27315 
0,2883 
417,15  0,626835491 
0,6753  0,4233 
COCl2 HK 
0,51316  0,27201  0,27201 
455 
0,577460761 
0,3247  0,1875 
 
 
 
 
 
 
1,0000  0,6108 
 
 

Jadi diperoleh  ρl  =   0,6108 gr/ml   =  610,8  kg/m
3 
 
 
c)
 
Menghitung BM rata-rata campuran 
Komponen 
Fr mol 
BM 
yi.BM 
Cl2 LK 
0,74363 
71 
52,7974 
COCl2 HK 
0,25637 
99 
25,3810 
 
 
 
78,1785 
 
 
Jadi diperoleh BM
avg
  =  78,1785  gr/gmol 
 
d)
 
Menghitung Densitas Uap Distilat 
 
 
ρv   
=   BM
avg
. P  
     (Kay’s Method) 
 
 
 
    Z.R.T 
 
 
Dengan  :  
ρv 
=  densitas campuran gas, gr/ml 
 
 
P  =  tekanan operasi 
=  5 atm 
 
 
R  =  konstanta gas 
=  62,05  atm.ml/mol.K 
 
 
T  =  suhu operasi 
=  303,32 K 
 
 
Z  = Compresibility Factor 
Komponen  yi, Fr.mol 
Tc, K 
yi.Tc 
Pc, atm 
yi.Pc 
Cl2 LK 
0,74363 
417,15 
310,2035 
76,1016 
56,5912 
COCl2 HK 
0,25637 
455 
116,6503 
55,9980 
14,3564 
 
 
 
426,8538 
 
70,9476 
 
 
 
Pr  =  P / Pc’  =  0,0705 
 
 
Tr  =  T / Tc’ =  0,7106 
 
Plotkan Pr dan Tr ke Figure 1-1 Chopey, diperoleh :  Z  =  0,98 
 
Selanjutnya nilai 
ρv 
dapat dihitung, dan diperoleh : 
 
 
ρv    =  
0,0160268  gr/ml 
 
 
 
  =   16,0268  kg/m
3 
 

 
e)
 
Menghitung kecepatan volumetrik cairan dan uap 
Kecepatan volumetrik cairan : 
 
L  = 16,2313 kmol/jam  =  1268,9415 kg/jam 
 
ρl
  = 610,8057 kg/m
3 
 
         QL  =  L / 
ρl 
 
=  2,0775 m
3
/jam    =   0,0006 m
3
/s 
 
 
 
V  = 16,68 kmol/jam 
=  1304,01 kg/jam 
 
ρv
 = 16,0268 kg/m
3 
 
         QV  =  V / 
ρv 
 
=  81,36 m
3
/jam    =   0,02 m
3
/s 
 
Komp 
A 
B 
C 
D 
µi 
Zi(fr.mas) 
µi.zi 
Cl2 LK 
-0.7681 
151,40 
-8,0650E-04 
4,0750E-07 
0,33412 
0,6753 
0,2257 
COCl2 HK 
-5.99 
893,28 
1,2942E-02 
-1,4515E-05 
0,35086 
0,3247 
0,1139 
 
 
 
 
 
 
1,0000 
0,3396 
 
 
µi pada T
TOP 
= 303,32 K adalah sebesar 0,3396 cp  = 0,3396 mNs/m
2 
 
 
ý
 
SEKSI BAWAH MENARA 
a)
 
Kondisi Operasi 
Tekanan      
=   5 atm 
Suhu 
 
=  330,97 K 
Laju alir cairan (L) 
=  54,9565 kmol/jam 
Laju alir uap (V) 
=  16,6800 kmol/jam 
 
b)
 
Menentukan Densitas Cairan Bottom 
  ρl   =  A.B
-(1-T/Tc)^n 
                  
(Persamaan Racket) 
Komp 
A 
B 
n 
Tc 
ρi 
Xi(fr.mas) 
ρi.Xi 

Cl2 LK 
0,566 
0,27315  0,2883  417,15  0,611486182 
0,001 
0,0006 
COCl2 HK 
0,51316  0,27201  0,27201 
455 
0,565296361 
0,999 
0,5647 
 
 
 
 
 
 
1,000 
0,5653 
Jadi diperoleh  ρl  =   0,5653 gr/ml   =  565,3  kg/m
3 
 
c)
 
Menghitung BM rata-rata campuran 
Komponen 
Fr mol 
BM 
yi.BM 
Cl2 LK 
0,001 
71 
  0,071 
COCl2 HK 
0,999 
99 
98,901 
 
 
 
98,972 
 
 
Jadi diperoleh BM
avg
  =  98,972  gr/gmol 
 
d)
 
Menghitung Densitas Uap Bottom 
 
 
ρv   
=   BM
avg
. P  
     (Kay’s Method) 
 
 
 
    Z.R.T 
 
 
Dengan  :  
ρv 
=  densitas campuran gas, gr/ml 
 
 
P  =  tekanan operasi 
=  5 atm 
 
 
R  =  konstanta gas 
=  62,05  atm.ml/mol.K 
 
 
T  =  suhu operasi 
=  330,97 K 
 
 
Z  = Compresibility Factor 
Komponen  yi, Fr.mol 
Tc, K 
yi.Tc 
Pc, atm 
yi.Pc 
Cl2 LK 
0,001 
417,15 
    0,417 
76,1016 
  0,076 
COCl2 HK 
0,999 
455 
454,545 
55,9980 
55,942 
 
 
 
454,962 
 
56,018 
 
 
 
Pr  =  P / Pc’  =  0,08924 
 
 
Tr  =  T / Tc’ =  0,72748 
 
Plotkan Pr dan Tr ke Figure 1-1 Chopey, diperoleh :  Z  =  0,93 
 
Selanjutnya nilai 
ρv 
dapat dihitung, dan diperoleh : 

 
 
ρv    =  
0,0195925  gr/ml 
 
 
 
  =   19,5925  kg/m
3 
 
e)
 
Menghitung kecepatan volumetrik cairan dan uap 
Kecepatan volumetrik cairan : 
 
L  = 54,9565 kmol/jam  =  5438,543818 kg/jam 
 
ρl
  = 565,3  kg/m
3 
 
         QL  =  L / 
ρl 
 
=  9,6199 m
3
/jam    =   0,00267 m
3
/s 
 
 
 
V  = 16,68 kmol/jam 
=  1650,6650 kg/jam 
 
ρv
 = 19,5925  kg/m
3 
 
         QV  =  V / 
ρv 
 
=  84,2497 m
3
/jam    =   0,0234 m
3
/s