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

Mencari delta PT 
∆PT   =   ∆Pr + ∆ Pt 
          = 0,76604+ 0,34 
 
∆PT   =  1,10171  Psi
 
Menghitung delta Ps 
 
 
)
10
22
.
5
/(
))
1
(
(
10
2
xDexs
x
N
xDs
fxGs
Ps
+
=
D
   
                                                    ( kern 12.47) 
Ds  = diameter shell   =  17,25  in   
 
  
                 =  1,43750 ft   
 
ρ 
=  16,02681kg / m
3
 
 
 
  
=  0.99662lbm/ft
3
 
 
 
spesifik gravity    =      densitas larutan / 62.5 
 
SG        
=  0.01459 
 
 
∆Ps  
=  1,21052psi 
 

14.  Menghitung Koefisien Transfer Panas pada saat bersih ( Uc ) 
 Uc   =  
(
)
(
)
ho
hio
hioxho
+
 
 
= 
(
)
(
)
210
98
,
253
210
98
,
253
+
x
 
         =  114,95318 Btu / hr ft
2
 F 
 
15.  Menghitung Dirt faktor ( Rd ) 
       Rd   = 
(
)
(
)
UcxUd
Ud
Uc
-
 
 
=
(
)
(
)
307
,
34
95318
,
114
307
,
34
95318
,
114
x
-
 
      =0,02045Btu / hr ft
2
 F 
 
 
 
 
Kesimpulan 
 
Tube side 
Fluida dingin ( Dowtherm SR-1 ) 
Shell side 
fluida Panas ( destilat MD-01 ) 
h outside 
253,98 
Btu/jam ft
2
 F 
210 
Uc   =  114,95318  Btu/jam ft
2
 F 
Ud   =  34,307 Btu/jam ft
2
 F 
Rd calc  =  0,020405hr ft
2
 F / Btu 
Rd req  =  0,001 hr ft
2
 F / Btu 
∆P perhitungan 
1,10171 
10 
Psi 
Psi 
∆P diijinkan 
1,21052 
2 
Psi 
Psi 

Nt          =  178 
Length   =  16  ft 
OD         =   0,75 in 
BWG      =  10 
passes     =  4 
ID                      =  17,25  in 
Baffle spacing   =  3,45  in 
passes                 =  1 
  
  
 
 
 
 
 
 
 
 
NERACA MASSA 
 
 
 
Neraca Massa Tiap Komponen dalam Basis : 
1. Reaktor  
Asumsi : 
Basis 
 = 100 kmol/jam 
Tangki CO 
Tangki Cl2 
 
 
Reaktor 
Kondnser 
Parsial 
Separator 
 
 
 
 
MD 
Tangki phosgene 
Pengolahan 
limbah 
 
 
Cl2 
H2 
2 
1 
CO 
H2 
3 
 
Cl2 
CO 
H2 
4 
CO 
Cl2 
H2 
COCl2 
5 
 
CO 
Cl2 
H2 
COCl2 
6 
Cl2 
COCl2 
7 
Cl2 
COCl2 
8 
Cl2 
COCl2 

Umpan equimolar  = CO : Cl
2
 = 1 : 1 
Konversi 
 = 99% 
Input 
Komponen 
% wt 
BM 
kg/jam 
kmol/jam 
Arus 1 
CO 
H
2
 
98.5 
1.5 
28 
2 
2800 
42.6396 
100 
21.3198 
Arus 2 
Cl
2
 
H
2
 
99.9 
0.1 
71 
2 
7100 
7.1071 
100 
3.5536 
 
Jumlah 
 
 
9949,747 
224,8734 
 
Reaksi :      CO          +      Cl
2      
à COCl
2 
   
m: 
100 kmol 
 100 kmol 
          - 
       r: 
  99 kmol 
99 kmol 
99 kmol 
      s: 
1  kmol 
1 kmol 
99 kmol 
Output  
Komponen 
BM 
kmol/jam 
kg/jam 
CO 
28 
1 
28 
H
2
 
2 
24,8734 
49,7467 
Cl
2
 
71 
1 
71 
COCl
2
 
99 
99 
9801 
Jumlah 
 
125,87335  9949,747 
 
 
2. Kondenser Parsial dan Separator 

Gas H
2
 dan CO sebagai uncondensable gas semua ada di fase uap. 
Trial L/F dan kondisi operasi agar COCl
2
 yang terbuang sedikit 
komponen 
Uap ( Arus 5 ) 
  
yi=zi/((1-(L/F))+(L/F)/Ki) 
kmol 
kg 
Cl
2
 
0,03670865 
0,00105 
0,0746 
COCl
2
 
0,958380901 
0,0274 
2,7147 
Total 
1 
0,0016 
2,7879 
 
Komponen 
Cair ( Arus 6 ) 
 
xi =yi/Ki 
kmol 
kg 
Cl
2 
0,0100 
0,9989 
70,9254 
COCl
2 
0,9900 
98,9726 
9798,2853 
Total 
1 
99,97153 
9869,2108 
 
 
3. Menara Destilasi  
Asumsi : 
Kemurnian produk phosgene = 99,9 % 
COCl
2
 di destilat 0,3% umpan 
Light Key komponen 
= Cl
2
 
Heavy Key Komponen 
= COCl
2
 
Komp 
BM 
fi(kg/jam) 
di(kg/jam) 
bi(kg/jam) 
Xif 
Xid 
Xib 
Cl2 LK 
71 
70,9254 
61,1468 
9,7787 
0,00719 
0,67534 
0,001 

COCl
2
HK 
99 
9798,2853 
29,3949 
9768,8905 
0,99281 
0,32466 
0,99900 
Total 
 
9869.2108 
90,5416 
9778,6692 
1,00000 
1,00000 
1,00000 
 
 
Kapasitas Produksi : 
Kapasitas produksi 
 
= 30.000 ton/tahun 
Jumlah produksi dalam setahun  = 330 hari / tahun 
Jumlah jam kerja dalam sehari 
= 24 jam / hari 
Maka produksi dalam satu jam   = 
jam
hari
x
hari
th
x
ton
kg
x
th
ton
24
330
1000
30000
 
 
 
 
 
 
= 3787,879 kg/jam 
Neraca Massa Kapasitas Produksi : 
Faktor pengali 
= 
s
produkbasi
roduksi
kapasitasp
  = 
6692
,
9778
8788
,
3787
 
 
 
 
= 0,3874 
Dari faktor pengali tersebut diperoleh kebutuhan pada kapasitas produksi . 
Umpan CO 
= Basis umpan CO x faktor pengali 
 
 
 
= 100 kmol x 0,3874 
 
 
 
= 38,7361 kmol 
Dengan cara yang sama diperoleh naraca massa pada kapasitas produksi  
Komp 
Arus 1 
 
Arus 2 
 
Arus 3 
Arus 4 
Arus 5 
Arus 6 
Arus 7 
Arus 8 
CO 
1084,612 
- 
1084,612 
10.846 
10.846 
- 
- 
- 
H2 
16,517 
2,753 
19,270 
19.270 
19.270 
- 
 
- 
Cl2 
- 
2750,266 
2750,266 
27.503 
0.029 
27.474 
23.686 
3.788 
COCl2 
- 
- 
- 
3796.529 
1.052 
3795.477 
11.386 
3784.091 

Jumlah 
1101,129 
2753,019 
3854,148 
3854.148 
31.197 
3822.951 
35.072 
3787.879 
 
 
 
 
 
 
Neraca Massa Total : 
input 
 
output 
 
Komponen 
Arus 1 
Arus 2 
Arus 5 
Arus 7 
Arus 8 
CO 
1084,612 
 
10,846 
- 
- 
H2 
16,517 
2,753 
19,270 
- 
- 
Cl2 
 
2750,266 
0,029 
23,686 
3,788 
COCl2 
 
- 
1,052 
11,386 
3784,091 
Jumlah 
 
 
31,197 
35,072 
3787,879 
Total 
 
3854, 148 
3854,148 
 
NERACA PANAS 
 
1.   Neraca Panas HE-01 
komp 
A 
B 
C 
D 
E 
CO 
29,556 
-6,58E-03 
2,01E-05 
-1,22E-08 
2,26E-12 
H2 
25,399 
2,10E-02 
-3,85E-05 
3,19E-08 
-8,7585E-12 

 
Tin   = 
133,9105041  K 
Tout = 
398 K 
komp 
kmol 
Cp dT (KJ/kmol) 
Q1 (KJ/jam) 
CO 
38,7361 
-4754,400 
-184167,082 
H2 
8,2585 
-4662,644 
-38506,284 
jumlah 
46,9946 
 
-222673,366 
 
    Tout   = 398  Kelvin 
    Tref   = 298 kelvin 
komp 
kmol 
Cp dT(KJ/kmol) 
Q2 (KJ/jam) 
CO 
38,7361 
2920,458 
113127,257 
H2 
8,2585 
2929,716 
24194,962 
jumlah 
46,9946 
 
137322,220 
 
 
Q Pemanas    =        Q2 - Q1 
 
                         =  359995,5855 KJ/jam 
 
Neraca panas komponen HE-01 : 
komponen 
input 
output 
CO 
-184167,082 
113127,257 
H2 
-38506,284 
24194,962 
pemanas 
359995,585   
jumlah 
137322,220 
137322,220 

 
 
2. Neraca Panas HE-02 
komp 
kmol 
A 
B 
C 
D 
Cl2 
38,7361 
30,482 
3,98E-02 
4,53E-06 
-3,24E-08 
H2 
1,3765 
25,399 
2,10E-02 
-3,85E-05 
3,19E-08 
jumlah 
40,1126   
 
 
 
 
Tin   = 
239,419 K 
Tout = 
398 K 
komp 
kmol 
Cp dT (KJ/kmol) 
Q1 (KJ/jam) 
Cl2 
38,7361 
-2397,925 
-92886,371 
H2 
1,3765 
-1690,608 
-2327,138 
jumlah 
40,1126 
 
-95213,509 
 
 
 
    Tout   = 398  Kelvin    
 Tref   = 298  kelvin 
komp 
kmol 
Cp dT(KJ/kmol) 
Q2 (KJ/jam) 
Cl2 
38,7361 
4368,198 
169207,104 
H2 
1,3765 
2929,716 
4032,782 
jumlah 
40,1126 
 
173239,886 
 

 
Q Pemanas    =        Q2 - Q1 
   =  268453,3952 KJ/jam 
 
Neraca panas komponen HE-02 :                
 
komponen 
input 
output 
Cl2 
-92886,371 
169207,104 
H2 
-2327,138 
4032,782 
pemanas 
268453,395   
jumlah 
173239,886 
173239,886 
 
3. Neraca Panas Reaktor 
a. Panas yang dibawa umpan  
 
 
Tin = 398 K   
 
Tref = 298 K 
komp 
kmol 
A 
B 
C 
D 
E 
H
2
 
9,6350  25,399 
2,10E-02  -3,85E-05 
3,19E-08  -8,76E-12 
CO 
38,7361  29,556 
-6,58E-03 
2,01E-05 
-1,22E-08 
2,26E-12 
Cl
2 
38,7361  30,482 
3,98E-02 
4,53E-06 
-3,25E-08 
1,31E-11 
COCl
2 
0,0000  20,747 
1,797E-01  -2,32E-04 
1,42E-07  -3,31E-11 
Total 
87,1073 
 
 
 
 
 
komponen 
CpdT (Kj/kmol) 
m.CpdT 
(Kj/jam) 
H
2
 
25784,1 
248430 
CO 
29523,3 
1143619 
Cl
2 
31802,5 
1231908 
COCl
2 
24728,5 
- 

Total 
111838 
2623957 
 
 
b. Panas reaksi pada 298 K 
   CO 
( g)
 + Cl
2 ( g)
  
     COCl
2(g)  
 
 
 
 
Data harga ∆Hf untuk masing-masing komponen pada 298 K adl sbb: 
∆Hf H
2
 
= 0 kJ/mol 
 
= 0 kj/kmol 
∆Hf   CO
 
= -110,62 kJ/mol  
= -110620 kj/kmol 
∆Hf   Cl
2
 
= 0 kJ/mol 
 
= 0 kj/kmol 
∆Hf COCl
2
  = -221,06 kJ/mol 
= -221060 kj/kmol 
(Appendik D, Coulson) 
ΔH
R
°298 
=    ΔH°P 
-       ΔH°R 
 
 
 
=  (∆Hf COCl
2
) - (∆Hf CO ) – ( ∆Hf H
2
)
 
– (∆Hf Cl
2
) 
 
 
 
= -221060 –  (-110620) 
 
 
 
= -110440 kJ/kmol 
Qr = ΔH
R
°298 x F
AO
 x X 
Qr = -110440 kJ/kmol x 38,7361 kmol/jam x 0,99 
Qr = -4235238,89 kJ/jam 
c. Panas yang dibawa produk 
 
Tout =  423 K  
Tr = 
298  K 
 
 
komp 
kmol 
A 
B 
C 
D 
E 
ΔH
R
°298 
Tin = 398 K 
ΔH°R
 
 
T = 298 K 
T = 298 K 
ΔH°P
 
 
Tout = 423 K 

H
2
 
9,6350  25,399 
2,10E-02 
-3,85E-05 
3,19E-08 
-8,76E-12 
CO 
0,3874  29,556 
-6,58E-03 
2,01E-05 
-1,22E-08 
2,26E-12 
Cl
2 
0,3874  30,482 
3,98E-02 
4,53E-06 
-3,25E-08 
1,31E-11 
COCl
2 
38,3488  20,747  1,797E-01 
-2,32E-04 
1,42E-07 
-3,31E-11 
 
48,7585 
 
 
 
 
 
 
komponen 
CpdT (Kj/kmol) 
m.CpdT (Kj/jam) 
H
2
 
32132,8 
309600 
CO 
36791,8 
14251,7 
Cl
2 
39675,5 
15368,8 
COCl
2 
30902,2 
1185062 
total 
139502 
1524283 
 
d. Panas yang dibawa pendingin 
QP = WP x Cp x (Tp
in
 – Tp
out
) 
QP = 115000x  4 x (315 -303)  
      = 5334913,357 kJ/jam 
Neraca panas komponen reaktor : 
komponen 
input 
output 
H
2
 
248429,954 
309599,724 
CO 
1143619,138 
14251,714 
Cl
2
 
1231907,947 
15368,786 

COCl
2
 
0 
1185062,351 
panas reaksi 
4235238,893 
- 
pendingin 
- 
5334913,357 
TOTAL 
6859195,932 
6859195,932 
 
4.  Neraca Panas Kondenser Parsial 
 
Tin   
 =    425,58 K 
 
Tdew point =    312,83 K 
 
Tout 
 =    312,16 K 
a. Menghitung H liquid pada 312,16  K 
 
 
   Cp = A + BT + CT2 + DT3   
 
 
 
   Cp =   KJoule/kmol K 
 
 
 
 
 
   T1    =  312,16 K 
   Tref = 
298 K 
komponen 
A 
B 
C 
D 
(CpdT) (kJ/kmol) 
H
2
 
50,607 
-6,11E+00 
3,09E-01 
-4,15E-04 
214783,329 
CO 
-19,312 
2,51E+00 
-2,90E-02 
1,27E-04 
23685,730 
Cl
2
 
127,601 
-6,0215E-01 
1,5776E-03 
-5,3099E-07 
1069,655 
COCl
2
 
53,075 
4,5299E-01 
-1,6986E-03 
2,8257E-06 
1608,732 
b. Menghitung entalpi penguapan pada  312,16 K   
 
 Hevap = A *( 1- T/Tc )n 
 
 
 
 
 Hevap =  Kjoule/kmol 
 
 
 
T         =    312,16  K 
komponen 
A 
Tc  
n 
Hevap(Kj/kmol) 

H
2
 
0,659 
33,18 
0,38 
0,000 
CO 
8,003  132,92  0,318 
0,000 
Cl
2
 
28,56  417,15  0,401 
16424,659 
COCl
2
 
35,61 
455  0,378 
22981,240 
 
 
c. Menghitung entalpi vapor pada    312,16 K 
        Hvap =  Hliquid + Hevap   
 
komponen 
HL (Kj/kmol) 
Hevap (Kj/kmol) 
Hvap(Kj/kmol) 
H2 
214783,329 
0,000 
214783,329 
CO 
23685,730 
0,000 
23685,730 
Cl
2
 
1069,655 
16424,659 
17494,313 
COCl
2
 
1608,732 
22981,240 
24589,972 
 
 
d. Menghitung H vapor pada 312,83 K  
 
 
 
 Cp = A + BT + CT2 + DT3 + ET4 
 
 
 
        Cp =   KJoule/kmol K 
 
 
 
 
        T1   =  312,16 K 
 
 
        T2   =  312,83 K 
 
 
komp 
A 
B 
C 
D 
E 
   (CpdT) 
H2 
25,399 
2,10E-02 
-3,85E-05 
3,19E-08 
-8,76E-12 
19,407 
CO 
29,556  -6,58E-03 
2,01E-05 
-1,22E-08 
2,26E-12 
19,418 

Cl
2
 
30,482 
3,98E-02 
4,526E-06 
-3,24E-08  1,309E-11 
28,344 
COCl
2
  20,747  1,797E-01 
-2,32E-04 
1,42E-07  -3,31E-11 
38,859 
 
 
e. Menghitung H vapor total pada   312,83 K 
 
        Hv = Hliquid + Hpenguapan + Hvapor 
 
 
komponen 
Hliquid 
Hpenguapan 
Hvapor 
Hvap total 
H
2
 
214783,329 
0,000 
19,407 
214802,736 
CO 
23685,730 
0,000 
19,418 
23705,148 
Cl
2
 
1069,655 
16424,659 
28,344 
17522,657 
COCl
2
 
1608,732 
22981,240 
38,859 
24628,831 
 
 
f. Menghitung H vapor pada  
425,58 K 
 
        Cp = A + BT + CT2 + DT3 + ET4 
 
 
 
        Cp =   KJoule/kmol K 
 
 
 
        T1 = 312,16  K 
        T2 =  425,58 K 
komp 
A 
B 
C 
D 
E 
 (CpdT) 
H2 
25,399 
2,10E-02 
-3,85E-05 
3,19E-08 
-8,76E-12  3332,781 
CO 
29,556  -6,58E-03 
2,01E-05 
-1,22E-08 
2,26E-12 
3320,406 
Cl
2
 
30,482 
3,98E-02  4,526E-06 
-3,24E-08 
1,31E-11  5031,348 
COCl
2
  20,747  1,797E-01 
-2,32E-04  1,422E-07 
-3,31E-11  7048,806 

 
 
g. Menghitung H vapor total pada   425,58 K 
        Hv = Hliquid + Hpenguapan + Hvapor 
 
 
komponen 
Hliquid 
Hpenguapan 
Hvapor 
Hvap total 
H2 
214783,329 
0,000 
3332,781 
218116,111 
CO 
23685,730 
0,000 
3320,406 
27006,137 
Cl
2
 
1069,655 
16424,659 
5031,348 
22525,661 
COCl
2
 
1608,732 
22981,240 
7048,806 
31638,777 
 
Neraca panas umpan 425,58 K 
komponen 
F (kmol/j) 
Hv (kj/kmol) 
Q (Kj/jam) 
H2 
9,635 
218116,111 
2101548,727 
CO 
0,3874 
27006,137 
10461,116 
Cl
2
 
0,3874 
22525,661 
8725,585 
COCl
2
 
38,34878 
31638,777 
1213308,409 
jumlah 
48,75850 
  
3334043,837 
 
Neraca panas pada suhu 
312,83 K
 
komponen 
F (kmol/j) 
Hv (kj/kmol) 
Q (Kj/jam) 
H2 
9,635 
214802,736 
2069624,363 
CO 
0,3874 
23705,148 
9182,443 
Cl
2
 
0,3874 
17522,657 
6787,611 

COCl
2
 
38,34878 
24628,831 
944485,540 
jumlah 
48,75850 
  
3030079,957 
 
Neraca panas pada interval I      312,16 K 
 
komponen 
V (kmol/j) 
L (kmol/j) 
HL (kj/kmol) 
Hv (Kj/kmol) 
H2 
9,635 
0 
214783,329 
214802,736 
CO 
0,3874 
0 
23685,730 
23705,148 
Cl
2
 
0,00041 
0,38696 
1069,655 
17494,313 
COCl
2
 
0,01062 
38,33815 
1608,732 
24589,972 
jumlah 
0,01102884 
38,7251099 
 
 
komponen 
QL (kj/j) 
QV (kj/j) 
Qtot (kj/j) 
H2 
0,000 
2069624,363 
2069624,363 
CO 
0,000 
9182,443 
9182,443 
Cl
2
 
413,909 
7,111 
421,020 
COCl
2
 
61675,799 
261,203 
61937,003 
jumlah 
62089,708 
2079075,121 
2141164,829 
 
 
h. Menghitung kebutuhan air pendingin 
T (K) 
H 
Q= H1-H2 
425,58 
1,2183E+6 
- 
312,83 
9,5127E+5 
2,7076E+05 
312,16 
6,2358E+4 
8,8892E+05 

 
 
1,1597E+06 
 
 
 
air masuk  =     30 
C =        303 
K 
 
 
air keluar  =     42 
C =        315 
K 
 
 
Q  
=     w. Cp. delta T 
 
 
 
Kebutuhan air pendingin  ( w ) = Q/(cp.delta T)   
 
 
 
 
   = 
1,1597E+06 
KJ/jam 
 
 
 
 
                
 
              4,2 kJ/kg.K    x 
(315 - 303) K 
                            
  =         23098 kg/j   =   50876,651 
lb/j 
Neraca panas komponen Kondenser Parsial 
Komponen 
input 
output  
H2 
2101548,727 
2069624,363 
CO 
10461,116 
9182,443 
Cl2 
8725,585 
421,020 
COCl2 
1213308,409 
61937,003 
Pendingin 
 
1192879,008 
total 
3334043,837 
3334043,837 
 
5. Neraca Panas Menara Destilasi-01 
 a. Menghitung Entalpi umpan 
 
 
     umpan subcooled 
 
 
 
     Cp = A + BT + CT2 + DT3  
 
 
 
     Cp =   KJoule/kmol K 
 
 
 

    Tref    =    298   K          
 
    Tfeed  =  312,163 K 
Komponen 
A