ALGORITMA NERACA MASSA

1. Ambil Basis Benzen Sebagai reaktan pembatas
2. Hitung neraca massa di reaktor:

 H2SO4

 Reaksi yang terjadi pada reaktor adalah:

C6H6 (l)  +  HNO3 (l)       ®          C6H5NO2 (l)   +  H2O (l)     ∆H = -117 kJ/mol

Diketahui Basis Benzen sehingga dapat diketahui :

1. Benzen :

Kemurnian 99,9 %C6H6 dan 0,1 % H2O

H2O dlm C6H6 =

xa                                 = 90 % (Kirk & Othmer, 2006).

C6H6 bereaksi              =

C6H6 sisa                      = Basis benzen – Benzen yang bereaksi

1. Nitrobenzen

Mol C6H5NO2              = (1/1) Basis mol benzen

1. Asam Nitrat

Asam nitrat bereaksi terhadap nitrobenzen = 99,5 % (Kirk & Othmer, 2006).

HNO3                          = x mol nitrobenzen

HNO3  bereaksi           = x mol Asam Nitrat

HNO3 sisa                    = HNO3mula-mula - HNO3 bereaksi

1. H2O hasil reaksi

      H2O hasil reaksi            = (1/1) x Basis mol benzen

1. Trial perbandingan asam campuran

20-30 % HNO3, 55 – 65 % H2SO4, dan 5- 25 % H2O (US. Paten No 5.763.697).

Dipilih komposisi asam campuran yaitu 21,15107914% HNO3, 63,45323741% H2SO4, dan 15,39568345% H2O.

1. Komposisi asam campuran

Diketahui : massa HNO3

Maka :

H2O                             = x massa HNO3

H2SO4                          =  x massa HNO3

1. Cek H2O yang berasal dari HNO3 & H2SO4

• H2O dlm HNO3 :

Kemurnian HNO3   = 60 % HNO3, 40 % H2O

H2O dlm HNO3      = x massa HNO3

• H2O dlm H2SO4 :

Kemurnian H2SO4  = 98 % H2SO4, 2 % H2O

H2O dlm H2SO4     = x massa H2SO4

• H2O dlm H2SO4 & HNO3 :

H2O dlm HNO3 + H2O dlm H2SO4 = x massa HNO3

(H2O dlm HNO3 + H2O dlm H2SO4) - x massa HNO3  = 0

Jika belum sama maka kembali ke poin (e).

Metode solver :

• masukkan angka (H2O dlm HNO3 + H2O dlm H2SO4) - x massa HNO3  padaSET TARGET CELL
• Equal to : masukkan nilai = 0
• Masukkan angka yang harus di trial pada BY CHANGING CELL

Yaitu nilai trial  = % HNO3

                                    = % H2SO4

                                    = % H2O                     

1. H2O masuk RE

H2O masuk RE = H2O dalam C6H6 + H2O dalam asam campuran

1. H2O keluar RE

H2O keluar RE = H2O masuk RE + H2O hasil reaksi

1. Hitung neraca massa di dekanter:

dari data kelarutan maka dapat diketahui produk atas & bawah.

C6H6 dan C6H5NO2 merupakan fase minyak (fraksi ringan) dimana berada pada lapisan atas. H2SO4 dan HNO3 merupakan fraksi berat, dimana berada dilapisan bawah. Sedangkan H2O merupakan pembatas antara fraksi berat dengan fraksi ringan.

1. Umpan Masuk

Aliran masuk DE-301 = Aliran keluar RE-201

1. Aliran Keluar DE-301

• C6H6

Kelarutan dalam air yaitu 0,225 per 100 bagian air pada temperatur 35oC.

H2O masuk                        = H2O keluar RE-201

C6H6 masuk                       = C6H6 keluar RE-201

C6H6 produk bawah           =  H2O masuk

C6H6 produk atas               = C6H6 masuk - C6H6 produk bawah

• H2O

Kelarutan dalam benzen yaitu 0,145 per 100 bagian benzen pada temperatur 35 oC.

         H2O masuk                        = H2O keluar RE-201

C6H6 masuk                       = C6H6 keluar RE-201

H2O produk atas                =  C6H6 masuk                                   

H2O produk bawah            = H2O masuk - H2O produk atas

•    HNO3

Larut dalam air dalam semua perbandingan.

• C6H5NO2

Practically insoluble in water.

Assumsi : tidak ada nitrobenzen pada produk bawah, karena nitrobenzen tidak larut dalam air.

•    H2SO4

Larut dalam air dalam semua perbandingan.

1. Hitung neraca massa di distillasi:
   1. Menentukan Temperatur Bubble point feed

Pada keadaan bubble point, S yi = S (Ki x xi) = 1. Dengan cara trial T pada tekanan 1,01 atm hingga S yi = 1 maka akan diperoleh temperatur bubble point feed. Dengan menggunakan program solver-excel

1. Menentukan Derajat Pemisahan dan Key Komponen

Diinginkan sebanyak 1E-4 %-mol C6H5NO2 berada di hasil atas.

Dipilih               :           Light key                     = C6H6

                                    Heavy key                   = C6H5NO2

Trial                 :           Split HK di bottom       = 0,9999

                                    Split LK di bottom        = 1,57 E-4

Menentukan distribusi komponen:

Metode Hengstebeck’s (Coulson vol.6, 1983)

Nilai assumsi:

• C6H6 LK

B       = C6H6 feed x split LK di bottom

D      = F – B

• HNO3

Volatilitas relatif HNO3 lebih tinggi dari LK sehingga:

D      = HNO3 feed                             

B       = F – D

• H2O

Volatilitas relatif H2O terletak diantara LK dan HK sehingga:

D      = 0,5 x H2O feed            

B       = F – D

• C6H5NO2

B       = C6H5NO2 feed x split HK di bottom    

D      = F – B

• H2SO4

Volatilitas relatif H2SO4 lebih rendah dari HK sehingga:

B       = H2SO4 feed

D      = 0

Nilai terkoreksi:

Cek kemurnian C6H5NO2:

Kemurnian        =

                        = 99,8528 %

Jika kemurnian < 99 % ulangi trial split LK dan HK.

Kemudian Cek kapasitas 30.000 ton/tahun (3.787,878788 kg/jam) pada produk bawah distillasi. Jika kapasitas belum memenuhi maka trial kembali basis benzen dengan program excel-solver.

1. Menentukan Temperatur Dew point distilat

Pada keadaan dew point, S xi = S (yi/Ki) = 1. Dengan cara trial T pada tekanan 1 atm hingga S xi = 1 maka akan diperoleh temperatur dew point distilat. Dengan menggunakan program solver-excel

1. Menentukan Temperatur Bubble point distilat

Pada keadaan bubble point, S yi = S (Ki x xi) = 1. Dengan cara trial T pada tekanan 1,25 atm hingga S yi = 1 maka akan diperoleh temperatur bubble point bottom. Dengan menggunakan program solver-excel

1. Hitung neraca massa di kondensor:
2. Hitung neraca massa di reboiler:

1. Hitung neraca massa di evaporator :

Diinginkan hasil H2SO4 98 %.

H2O dalam H2SO4 98 %     =  x massa H2SO4 masuk evaporator g/jam

H2O yang menguap = H2O umpan - H2O dalam H2SO4 98%

Asumsi : Semua C6H6 dan HNO3 keluar di fase uap karena titik didih keduanya dibawah titik didih air.

1. Hitung neraca massa di MP-201 :
2. Hitung neraca massa di MP-202 :

10.  Hitung neraca massa di MP-203 :

11.  Hitung neraca massa di RE-201 :