ROTA RY KILN 2
PERHITUNGAN NERACA ENERGI
B.1. Rotary Kiln (RK-01)
Fungsi : Proses pembuatan arang tempurung dari tempurung kelapa. Tref = 250C = 298 K
Bahan yang masuk :
Tempurung pada suhu : 300C = 303 K Udara pada suhu : 10000C = 1273 K Bahan yang keluar :
Produk pada suhu : 8000C = 1073 K Flue gas pada suhu : 254, 820C = 527,82 K Panas pembakaran : C + O2 CO2 (ΔHCl) 298 = - 393.509 J/mol = - 94442,16 kkal/kmol 0,425 0,425 0,425 H2 + ½ O2 H2O (ΔHC2) 298 = - 241818 J/mol = - 58036,320 kkal/kmol 0,306 0,153 0,306 Cp CO2 = 0,246 kkal/kg.K Cp O2 = 0,251 kkal/kg.K Cp H2O = 0,485 kkal/kg.K Cp H2 = 3,415 kkal/kg.K
Cp C = 0,342 kkal/kg.K ΔHR1 = (mol C x Cp C x BM C) x (298-303) + (mol O2x Cp O2 x BM O2) x (298-1273)) = (0,425 x 0,342 x 12)(298– 303) + (0,425 x 0,251 x 32) x (298 – 1273) = - 3336, 981 kkal ΔHR2 = (mol H2x Cp H2 x BM H2)x (298-303) + (mol O2x Cp O2x BM O2) x (298-1273) = (,306 x 3,415 x 2)(298 – 303) +(0,425 x 0,251 x 32)x (298 – 1273) = - 3338,709 kkal ΔHP1 = (mol CO2x Cp CO2x BM CO2) x (527,82 – 298) = (0,425 x 0,0,246 x 44)(527,82 – 298) = 1031,432 kkal ΔHP2 = (mol H2O x Cp H2O x Bm H2O) x (527,82-298) = (0,306 x 0,485 x 18)(527,82 – 298) = 613,936 kkal
Jadi panas pembakarannya adalah :
ΔHC1 = ΔHR1 + (mol C x (ΔHcl)298) + ΔHP1
= (-3336,981) + (0,425)(-94442,16) + (1031,432) = - 42443,467 kkal
ΔHC2 = ΔHR2+ (mol H2x (ΔHc2)298 + ΔHP2
= -20483,886 kkal Panas Dekomposisi :
Panas dekomposisi : 3.137,589 kkal/kg tempurung Jadi ΔH dekomposisi = 3.097.663,861 kkal
Komposisi gas 1 Komposisi gas 2 CO2= 17,041% CO2 = 40,770% O2 = 8,164% CO = 42,940% H2O = 5,302% CH4 = 9,860% N2 = 69,493% C2H6 = 2,570% H2 = 1,040% C2H4 = 2,820% Komposisi udara : O2= 21% N2= 79%
Suhu rata-rata tempurung = (303 + 298)/2 = 301 K Cp tempurung = 0,320 kkal/kg.K
Suhu rata-rata udara = (1273 + 298)/2 = 786 K
Cp O2 = 0,251 kkal/kg.K
Cp N2 = 0,267 kkal/kg.K
Suhu rata-rata produk = (1073 + 298)/2 = 686 K Cp arang = 0,364 kkal/kg.K
Suhu rata-rata flue gas = (527,82 + 298)/2 = 412,91 K Cp CO2 = 0,246 kkal/kg.K
Cp H2O = 0,485 kkal/kg.K Cp CO = 0,243 kkal/kg.K
Cp CH4 = 0,837 kkal/kg.K Cp C2H4 = 0,628 kkal/kg.K Cp C2H6 = 0,757 kkal/kg,K Cp H2 = 3,415 kkal/kg.K Cp O2 = 0,251 kkal/kg.K Cp N2 = 0,241 kkal/kg. K Cp gas 1 = (0,17 x Cp CO2) + (0,082 x Cp O2) + (0,053 x Cp H2O) + (0,695 x Cp N2) = (0,17 x 0,246) + (0,082 x 0,0,251) + (0,053 x 0,485) + (0,695 x 0,267) = 0,274 kkal/kg.K Cp gas 2 = ( 0,41 x Cp CO2) + (0,429 x Cp CO) + (0,099 x Cp CH4) + ( 0,026 x Cp C2H6) + (0,01 x Cp H2) + (0,028 x Cp C2H4) = (0,41 x 0,246) + (0,429 x 0,243) + (0.099 x 0,837) + (0,026 x 0,757) + (0,01 x 3,415) + (0,028 x 0,628) = 0,360 kkal/kg.K Cp udara = (0,21 x Cp O2) + (0,79 x Cp N2) = (0,21 x 0,251) + (0,79 x 0,267) = 0,264 kkal/kg.K
Neraca Energi
Komponen Min(Kg) Mout(Kg) Hin(kkal) Hout(kkal)
Tempurung 997,472 1595,955 -Udara 99,501 25576,528 -Heating Value 4105594,294 -Gas 1 109,697 - 6899,986 Gas 2 691,093 - 57176,475 Arang 2,992 299,174 843,971 84397,072 ∆Hcl - 42403,881 ∆Hc2 - 18347,324 Dekomposisi - 3097663,861 Panas hilang - 826722,149 Total 4133610,747 4133610,747 B.2. Spray
Fungsi : Proses pendinginan tiba-tiba Tref = 298 K
Masuk :
Tair = 300C = 303 K Tarang = 8000C = 1073 K
Suhu rata-rata air = (303 + 298)/2 = 301 K Suhu rata-rata arang = (303 + 298)/2 = 686 K
Komponen Massa (Kg) Cp (kkal/Kg.K) Hin(kkal)
Arang 296,183 0,364 83553,101
Air 296,183 1,000 1480,913
Total 592,366 - 85034,014
Panas yang hilang = 20% panas masuk = 20% (85034,014) = 17006,803 kkal
Keluar :
Tref = 298 K
Tuot = 41,7860C = 314,786 K
Komponen Massa (kg) Cp (kkal/kg.K) Hout(kkal)
Arang 296,183 0,303 1504,406
Air yang terserap 44,427 1,002 747,008
Air yang terbuang 148,091 1,002 2490,025
Total 488,701 - 4741,439
Air yang menguap diasumsikan : 35%
= 103,664 kg Panas penguapan airnya :
Cp air = 1,007 kkal/kg.K λ = 540,000 kkal/kg.K Q = m x (Cp x ΔT + λ) = 103,664 x (1,007 x 314,786 + 450) Q = 63285,772 kkal Neraca Energi
Komponen Input (kkal) Output (kkal)
Masuk 85034,014
-Keluar - 4741,439
Penguapan air - 63285,772
Panas hilang - 17006,803
B.3. Rotary Dryer (RD-01)
Fungsi : Untuk mengambil air yang terkandung dalam arang. Spesifikasi udara dan bahan dalam dryer :
Temperatur udara masuk = 1200C = 2480F Temperatur umpan masuk = 41,7860C = 107,2140F Temperatur umpan keluar = 600C = 1400F Penentuan suhu udara keluar dryer :
Temperatur bola basah udara
T Dry bulb = 300C = 860F T wet bulb = 250C = 770 Dari Psychometric chart didapatkan :
Humidity (WG) = 0,020 lb air/lb udara kering Untuk udara suhu 120 :
Nilai tw = 1110F = 440C
λW = Panas laten penguapan air pada suhu bola basah = 1030,600 Btu/lb (Badger, appendiks 9)
Suhu udara keluar
NTU = ln {( 248-111)/ (tG2-111)}
Dari Badger hal. 58 dijelaskan bahwa dalam pengoperasiannya, dryer yang ekonomis memiliki total Number of transfer Unit (NTU) = 1,5-2.
Diambil tG2 = 1350F
NTU = 1,742 (memenuhi syarat)
Jadi suhu udara keluar dryer = 1350F = 57,2220C Aliran padatan (arang) masuk :
Tin = 41,7860C = 314,786 K Tref = 250C = 298 K
Komponen Massa (kg) Cp (kkal/kg.K Hout(kkal)
Arang 299,174 0,303 1519,602
Air 44,427 1,002 747,008
Total 343,602 - 2266,610
Aliran padatan (arang) keluar :
Tout = 600C = 333 K Tref = 250C = 298 K
Komponen Massa (kg) Cp (kkal/kg.K Hout(kkal)
Arang 299,174 0,309 3235,570
Air 2,221 1,005 78,137
Total 301,396 - 3313,707
Perhitungan penguapan air : Panas untuk menguap air
Qv = m air yang diuapkan x λW = 95809,514 Btu
= 101082907,8 joule = 24259,898 kkal
Diasumsikan udara masuk pada zone penguapan laju konstan pada suhu 1150C (tG).
Kandungan uap tetap (tWP = 4000C) dengan kelembaban (W’) = 0,02.
Panas untuk menaikan suhu air sampai suhu penguapan tWP = 500C
= 122,00F
Cp air = 1,004 Btu/lb0F
Q = Massa air yang diuapkan x Cp uap air x ∆T = 1380,070 Btu
= 1456029,486 joule = 349,447 kkal
Panas untuk menaikkan suhu uap dari suhu penguapan tWP menjadi 57,2220C = 135,0000F
Cp uap = 0,486 Btu/lb0F
Q = Massa air yang diuapkan x Cp uap air x ∆T = 587,352 Btu
= 619679,615 joule = 148,723 kkal
Total panas yang dibutuhkan dalam penguapan = 24758,068 kkal Panas total = (panas out-panas in) + total panas untuk
penguapan = 101932,153 Btu Jumlah udara yang dibutuhkan
Humidity heat udara masuk (s) = 0,24 + 0,45 W = 0,24 + 0,45 (0,02)
GG’S (1 + Y’) x s x ∆T = Q total (Badger, hal 508) GG’S (1 + Y’) x 0,249 x (248-135) = 1708277,862
GG’S = 3551,675136 lb udara kering = 1612,461 kg udara kering Neraca Energi
Cp udara masuk = 0,252 kkal/kg.K Cp udara keluar = 0,247 kkal/kg.K Komponen Input (kkal) Output (kkal)
Masuk 2266,610 -Keluar - 3313,707 Penguapan - 24758,068 Udara panas 38619,078 12813,913 Total 40885,688 40885,688 B.4. Ball Mill (BM-01)
Fungsi : untuk memperkecil ukuran arang menjadi dibawah 0,5 mm/ 230 mesh
Tref = 298 K Masuk :
Tin 1 = 600C = 333 K Trata-rata = 316 K
Komponen Massa (kg) Cp (kkal/kg.K) Hin(kkal)
Arang 196,183 0,309 3203,214
Air 2,221 1,005 78,137
Total 298,404 - 3281,351
Tin 2 = 47,2720C = 320,272 K Trata-rata = 309,136 K
Komponen Massa (kg) Cp (kkal/kg.K) Hin(kkal)
Arang 15,589 0,307 106,726
Air 0,117 1,004 2,614
Total 15,705 - 109,341
Panas yang hilang = 20% panas masuk = 20% x (3390,69) = 678,138 kkal Keluar :
Tref = 298 K
Tout = 52,6270C = 325,627 K
Komponen Massa (kg) Cp (kkal/kg.K) Hout(kkal)
Arang 311,771 0,307 2647,696
Air 2,338 1,004 64,857
Total 314,109 - 2712,553
Neraca Energi
Komponen Input (kkal) Output (kkal)
Masuk 1 3281,351 -Masuk 2 109,341 -Keluar - 2712,553 Panas hilang - 678,138 Total 3390,692 3390,692 B.5. Vibrating Screen (VS-02)
Fungsi : Untuk memisahkan arang yang berukuran dibawah dan diatas 0,5 mm
Masuk :
Tin = 52,6270C = 325,627 K Trata-rata= 311,813 K
Komponen Massa (kg) Cp (kkal/kg.K) Hin(kkal)
Arang 311,771 0,307 2647,696
Air 2,338 1,004 64,857
Total 314,109 - 2712,553
Panas yang hilang = 20% panas masuk = 20% x (2712,553) = 542,511 kkal Keluar :
Tref = 298 K
Tout 1 = 47,2720C = 320,272 K
Komponen Massa (kg) Cp (kkal/kg.K) Hout(kkal)
Arang 296,183 0,305 2011,966
Air 2,221 1,002 49,574
Total 298,404 - 2061,540
Tout 2 = 47,2720C = 320,272 K Trata-rata= 309,136 K
Komponen Massa (kg) Cp (kkal/kg.K) Hin(kkal)
Arang 15,589 0,305 105,893
Air 0,117 1,002 2,609
Neraca Energi
Komponen Input (kkal) Output (kkal)
Masuk 1 2712,553 -Masuk 2 - 20261,540 Keluar - 108,502 Panas hilang - 542,511 Total 2712,553 2712,553 B.6. Rotary Kiln (RK-02)
Fungsi : Untuk proses aktifasi arang menjadi arang aktif. Tref = 250C = 298 K
Bahan yang masuk :
Arang pada suhu : 10000C = 1273 K Steam pada suhu : 12000C = 1473 K Bahan yang keluar :
Produk pada suhu : 10000C = 1273 K Flue gas pada suhu : 285,1690C = 558,169 K
C + H2O CO + H2
∆HfCO = - 110525 J/mol = - 26526,000 kkal/kmol ∆HfH2O = - 241818 J/mol = - 58036,320 kkal/kmol (∆Hr)298 = (mol CO x ∆Hf CO) + (mol H2x ∆Hf H2) –
(mol C x ∆Hf C) + (mol H2O x ∆Hf H2O) = 13.533 kkal.
∆Hr = (mol C x Cp C x BM C) x (298-320,272)) + (mol H2O x Cp H2O x BM H2O) x (298-1473)) = - 4556,615 kkal
∆Hp = (mol H2x Cp H2x BM H2) x (558,169-298) + ( mol CO x Cp CO x BM CO) x (558,169-298)) = 1539,465 kkal
Jadi panas reaksinya adalah :
∆Hr = ∆HR1+ (mol C x (∆Hr)298) + ∆Hp1 = 2794,612 kkal
Suhu rata-rata arang = (343 + 298)/2 = 309,136 K Cp C = 0,305 kkal/kg.K
Cp VM = 0,297 kkal/kg.K Cp ash = 0,268 kkal/kg.K Cp H2O = 1,002 kkal/kg.K
Suhu rata-rata steam = (1473 + 298)/2 = 885,500 K Cp H2O = 0,498 kkal/kg.K
Suhu rata-rata produk = (1273 + 298)/2 = 428,085 K Cp CO = 0,247 kkal/kg.K
Cp H2 = 3,431 kkal/kg.K Cp VM = 0,306 kkal/kg.K Cp ash = 0,273 kkal/kg.K Cp H2O = 0,483 kkal/kg.K
Neraca Energi
Komponen Massa (Kg) Hin(kkal) Hout(kkal)
Fixed Carbon 257,679 1750,411 -Volatile matter 23,695 156,735 1886,371 Ash 14,809 88,395 1051,837 H2OSteam 298,404 174540,936 37645,807 CO 12,025 - 772,749 H2 0,859 - 766,716 Arang Aktif 252,525 - 90852,273 ∆Hreaksi 2794,612 -Penguapan air 2,221 - 1522,564 Panas hilang - 44832,772 Total 179331,088 179331,088
Panas penguapan airnya
Cp air = 1,009 kkal/kg.K Cp uap = 0,498 kkal/kg.K λ = 540,000 kkal/kg Q = m x (Cp air x ∆T + λ + Cp uap x ∆T) = 1522,564 kkal B.7. Rotary Cooler (RC-01)
Fungsi : Untuk proses aktifasi arang menjadi arang aktif Tref = 250C = 298 K
Bahan yang masuk :
C. Aktif pada suhu : 10000C = 1273 K Udara pada suhu : 300C = 303 K Bahan yang keluar :
C. Aktif pada suhu : 400C = 313 K Udara pada suhu : 8000C = 1073 K
Masuk
Suhu rata-rata C.aktif : (1273 + 298)/2 = 786 K Suhu rata-rata udara : (303 + 298)/2 = 301 K Cp O2 = 0,229 kkal/kg.K
Cp N2 = 0,247 kkal/kg.K
Komponen Massa (kg) Cp (kkal/kg.K) Hin(kkal)
Carbon aktif 255,076 0,371 92267,371
Udara 458,316 0,243 557,358
Total 713,392 - 92824,728
Keluar
Suhu rata-rata C.aktif : (313 + 298)/2 = 306K Suhu rata-rata udara : (1073 + 298)/2 = 686 K Cp O2 = 0,245 kkal/kg.K
Cp N2 = 0,261 kkal/kg.K
Komponen Massa (kg) Cp (kkal/kg.K) Hin(kkal)
Carbon aktif 255,076 0,343 1312,366
Udara 458,316 0,258 91512,362
Total 713,392 - 92824,728
Neraca Energi
Komponen Input (kkal) Output (kkal)
Masuk 92824,728
-Keluar - 92824,7282
APENDIKS C
SPESIFIKASI PERALATAN
