LAMPIRAN A
NERACA MASSA
A.1 PERHITUNGAN PENDAHULUAN A.1.1 Menghitung Kapasitas Produksi
Kapasitas produksi Silikon Karbida = 30.000 ton/tahun, dengan kemurnian 87% (% berat) dengan ketentuan sebagai berikut:
1 tahun = 330 hari kerja 1 hari = 24 jam
Kapasitas produksi tiap jam = 30.000 . tahun
ton
. hari 330
tahun 1
. jam 24
hari 1
ton 1
kg
1000
= 3.787,8788 kg/jam
Produk Akhir = Silikon Karbida (SiC) dengan kemurnian 87 % Kapasitas produksi = 3.787,8788 kg/jam
Massa SiC Murni = 87 % x 3.787,8788 kg/jam = 3.295,3842 kg/jam
Mol SiC murni = SiC Mr
SiC F =
0962 , 40
3.295,3842 = 82,1869 kmol/jam Massa impuritis
• SiO2 (4,93%) = 186,8109 kg/jam
• C (3,21%) = 121,5447 kg/jam
• Na2O (2,60%) = 98,5025 kg/jam
• FePO4 (2,26%) = 85,6365 kg/jam
A.1.2 Menghitung Kapasitas Feed Reaksi :
SiO2 + 3 C → SiC + 2 CO
- Pereaksi pembatas :SiO2
- Konversi SiO2 sebesar 96 %
Mol SiO2 = = 5.125,1287 kg/jam
Bahan baku dan Rasio (%wt)
1. Pasir Silika (SiO2) = 56,5% Jumlah bahan baku :
A.2 PERHITUNGAN NERACA MASSA A.2.1 Mixer (M-101)
Fungsi: Tempat pencampuran semua bahan baku
SiO2
Neraca massa total :
Tabel A.1 Neraca massa pada Tangki Mixer
Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)
Alur 5 Alur 4 Alur 6
10Na2O.30SiO2.60H2O 556,6371 - -
SiO2 - 4.838,4606 5.125,1287
C - 3.082,9129 3.082,9129
FePO4 - 85,6365 85,6365
Na2O - - 98,5025
H2O - - 171,4665
Subtotal 556,6371 8.007,0100 8.563,6471
Total 8.563,6471 8.563,6471
A.2.2 Pelletizing Machine (PL-102)
Fungsi : Mengubah dan membentuk slurry menjadi pellet
Neraca massa komponen: Alur 6
F(6)SiO2 = 4.838,4606 kg/jam
F(6) FePO4 = 85,6365 kg/jam
F(6) C = 3.082,9129 kg/jam
F(6) Na2O = 98,5025 kg/jam
F(6) H2O = 171,4665 kg/jam SiO2
C FePO4
10Na2O.30SiO2.60H2O
SiO2
C FePO4
10Na2O.30SiO2.60H2O
30oC, 1 atm 40oC, 1 atm
H2O 7
6 8
Alur 7
Dari Tabel 20.44 Perry Handbook, moisture requirements untuk mengubah dan membentuk slurry menjadi pellet berkisar antara 13,0 – 13,9 % H2O.
Misalkan, jumlah total = X kg/jam
X = 8.563,6471 + 0,139 X X = 9.747,0158 kg/jam
F(7) H2O =
=
(0,139 x 9.747,0158) – 171,4665 1.183,3687 kg/jam
Alur 8
F(8)SiO2 = 5.125,1287 kg/jam
F(8) FePO4 = 85,6365 kg/jam
F(8) C = 3.082,9129 kg/jam
F(8) Na2O = 98,5025 kg/jam
F(8) H2O = 1.354,8352 kg/jam
Neraca massa total :
Tabel A.2 Neraca massa pada Pelletizing Machine (L-102)
Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)
Alur 6 Alur 7 Alur 8
SiO2 5.125,1287 - 5.125,1287
C 3.082,9129 - 3.082,9129
FePO4 85,6365 - 85,6365
Na2O 98,5025 - 98,5025
H2O 171,4665 1.183,3687 1.354,8352
Subtotal 8.563,6471 1.183,3687 9.747,0158
A.2.3 Burner (B-101)
Fungsi : Tempat pembakaran gas alam sebagai sumber panas Rotary Kiln Preheater (B-102)
Udara
E-139
Gas Alam
B-101
30oC, 2 atm
30o
C, 2 atm 863o
C, 1 atm
O2
N2
CO2
H2O
FC
13
10
12 11
Dimana :
- Komposisi gas alam (alur 22) : X(10)CH4 = 90 %
X(10)C2H6 = 7,5 %
X(10)C3H8 = 1,25 %
X(10)C4H10 = 1,25 %
(Speight, dkk., 2006)
- Komposisi Udara :
X(12) O2 = 21 %
X(12)N2 = 79 %
- Reaksi :
1. CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O
σ CH4 = -1
σ O2 = -2
σ CO2 = 1
σ H2O = 2
2. C2H6 + 72O2 → 2CO2 + 3H2O
Konversi C2H6≈ 100%
σ C2H6 = -1
σ O2 = -72
σ CO2 = 2
σ H2O = 3
3. C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O
Konversi C2H6≈ 100%
σ C3H8 = -1
σ O2 = -5
σ CO2 = 3
σ H2O = 4
4. C4H10 + 132O2→ 4CO2 + 5H2O
Konversi C2H6≈ 100%
σ C4H10 = -1
σ O2 = -132
σ CO2 = 4
σ H2O = 5
Karena pembakaran dengan menggunakan oksigen berlebih dari udara, maka reaksi pembakaran gas alam mempunyai konversi yang mendekati 100%.
Perhitungan neraca massa :
16.958,413 = 587,8065 kg/jam
N(12)O2 = X(12)O2 x N(12) = 123,4394 kmol/jam
F(12)O2 = N(12)O2 x Mr O2 = 3.949,9115 kg/jam
N(12)N2 = X(12)N2 x N(12) = 464,3671 kmol/jam
Alur 13
N(13) CH4 = N(10) CH4 – r CH4 = N(10) CH4 – (konversi x N(10) CH4)
= 30,0480 – (1 x 30,0480) = 0
N(13) C2H6 = N(10) C2H6 – r C2H6 = N(10) C2H6 – (konversi x N(10) C2H6)
= 2,5040 – (1 x 2,5040) = 0
N(13) C3H8 = N(10) C3H8 – r C3H8 = N(10) C3H8 – (konversi x N(10) C3H8)
= 0,4173 – (1 x 0,4173) = 0
N(13) C4H10 = N(10) C4H10 – r C4H10 = N(10) C4H10 – (konversi x N(10) C4H10)
= 0,4173 – (1 x 0,4173) = 0
N(13)O2 = N(12)O2 – (2 x rCH4) – (72x r C2H6) – (5 x r C3H8) – (132 x r C4H10)
= 123,4394 – (2 x (1 x 20,0320) – (72x (1 x1,6693) – (5 x (1 x 0,4173 –
(132x(1 x 0,4173)
= 49,7800 kmol/jam
F(13)O2 = N(13)O2 x Mr O2 = 1.592,9880 kg/jam
F(13)N2 = F(12)N2 = 13.008,5023 kg/jam
N(13)CO2 = N(12)O2 – (2 x rCH4) – (72x r C2H6) – (5 x r C3H8) – (132 x r C4H10)
= (123,4394 x (1 x 30,0480) + (2 x (1 x 2,540) + (3 x (1 x 0,4173) + (4 x (1 x 0,4173)
= 37,9773 kmol/jam
F(13)CO2 = N(13)CO2 x Mr CO2 = 1.671,2871 kg/jam
N(13)H2O = (2 x rCH4) + (3 x r C2H6) + (4 x r C3H8) + (5 x r C4H10)
= 71,3640 kmol/jam
F(13)H2O = N(13)H2Ox Mr H2O = 1.285,6364 kg/jam
Neraca massa total:
Tabel A.3 Neraca massa pada Burner (B-101)
Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)
Alur 10 Alur 12 Alur 13
CH4 482,0449 - -
C2H6 75,2953 - -
C3H6 18,4027 - -
C4H8 24,2571 - -
O2 - 3.949,9115 1.592,9880
N2 - 13.008,5023 13.008,5023
CO2 - - 1.671,2871
H2O - - 1.285,6364
Subtotal 600,0000 16.958,4138 17.558,4138
A.2.4 Rotary Kiln Preheater (B-102)
Fungsi: Pemanas awal bahan baku sampai suhu 6170C, sebelum dikirim ke Electric Furnace (B-103)
Dimana :
Asumsi oksigen (O2) tidak bereaksi dengan pasir silika (SiO2) dan Karbon (C)
Neraca massa komponen Alur 9 :
Massa masuk alur 9 Rotary Kiln Preheater (B-102) = Massa keluar alur 8 Pelletizing Machine (L-101)
F(9)SiO2 = 5.125,1287 kg/jam
F(9) FePO4 = 85,6365 kg/jam
F(9) C = 3.082,9129 kg/jam
F(9) Na2O = 98,5025 kg/jam
Alur 13 :
Massa masuk alur 13 Rotary Kiln Preheater (B-102) = Massa keluar alur 13 Burner
(B-101)
F(13)CO2 = 1.671,2871 kg/jam
F(13)N2 = 13.008,5023 kg/jam
F(13)O2 = 1.592,9880 kg/jam
F(13)H2O = 1.285,6364 kg/jam
Alur 15 :
F(15)SiO2 = 5.125,1287 kg/jam
F(15) FePO4 = 85,6365 kg/jam
F(15) C = 3.082,9129 kg/jam
F(15) Na2O = 98,5025 kg/jam
Alur 14 :
F(14)CO2 = F(13)CO2 = 1.671,2871 kg/jam
F(14)N2 = F(13)N2 = 13.008,5023 kg/jam
F(14)O2 = F(13)O2 = 1.592,9880 kg/jam
F(14)H2O = F(9)H2O + F(13) H2O
Neraca massa total
Tabel A.4 Neraca massa pada Rotary Kiln Preheater (B-102)
Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)
Alur 9 Alur 13 Alur 15 Alur 14
SiO2 5.125,1287 - 5.125,1287 -
C 3.082,9129 - 3.082,9129 -
FePO4 85,6365 - 85,6365 -
Na2O 98,5025 - 98,5025 -
O2 - 1.592,9880 - 1.592,9880
N2 - 13.008,5023 - 13.008,5023
CO2 - 1.671,2871 - 1.671,2871
H2O 1.354,8352 1.285,6364 - 2.640,4716
Subtotal 9.747,0158 17.558,4138 8.392,1806 18.913,2490
A.2.5 Electric Furnace (B-103)
Fungsi: Tempat reaksi reduksi dimana terjadinya pembentukan SiC pada suhu 16000C
SiO2
C
FePO4
Na2O
SiC SiO2
C
FePO4
Na2O
N2
CO2
Udara
1400oC, 1 atm
30oC, 1,2 atm
1600oC, 1 atm
617oC, 1 atm
18 15
16 17
Reaksi :
- SiO2 + 3 C → SiC + 2 CO
Konversi SiO2 sebesar 96 %
σ SiO2 = -1
σ C = -3
σ SiC = 1
σ CO = 2
- CO + 12O2 → CO2
Konversi CO ≈ 100% σ CO = -1 σ O2 = -12
F(16)O2 = N(16)O2 x Mr O2 = 82,1869 x 31,9988
= 2.629,8837 kg/jam N(16)N2 =
2 ) 16 (
% 21
% 79
O N
× = 82,1869
% 21
% 79
×
= 309,1795 kmol/jam
F(16)N2 = N(16)N2 x Mr N2 = 309,1795 x 28,0134
= 8.661,1680 kg/jam
Alur 17
F(17)N2 = F(16)N2 = 8.661,1680 kg/jam
N(17)CO2 = r CO = 1x(2 x r SiO2)
= 1x(2 x 0,96 x 85,2960) = 164,3739 kmol/jam F(17)CO2 = N(17)CO2 x Mr CO2
= 164,3739 x 44,0962 = 7.234,1854 kg/jam
Neraca massa total:
Tabel A.5 Neraca massa pada Electric Furnace (B-103)
Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)
Alur 15 Alur 16 Alur 17 Alur 18
SiO2 5.125,1287 - - 186,8109
C 3.082,9129 - - 121,5447
FePO4 85,6365 - - 85,6365
Na2O 98,5025 - - 98,5025
O2 - 2.629,8837 - -
N2 - 8.661,1680 8661,1680 -
CO2 - - 7234,1854 -
SiC - - - 3.295,3842
Subtotal 8.392,1806 11.291,0517 15.895,3534 3.787,8788
A.2.6 Mixing Point (M-102)
Neraca massa komponen Alur 22
F(22)CO2 = 1.671,2871 kg/jam
F(22)N2 = 13.008,5023 kg/jam
F(22)O2 = 1.592,9880 kg/jam
F(22)H2O = 2.640,4716 kg/jam
Alur 23
F(21)N2 = 8.661,1680 kg/jam
F(21)CO2 = 7234,1854 kg/jam
Alur 24
F(24)CO2 = F(22) CO2 + F(23) CO2
= 8.905,4725 kg/jam F(24)N2 = F(22)N2 + F(23)N2
= 21.669,6703 kg/jam F(24)O2 = 1.592,9880 kg/jam
F(24)H2O = 2.640,4716 kg/jam 625oC, 5 atm
M-102
FC
FC
FC
O
2N
2CO
2H
2O
O
2N
2CO
2H
2O
O
2N
21400oC, 5 atm
1031oC, 5 atm
22
23
Neraca massa total
Tabel A.6 Neraca Massa pada Mixing Point (M-102)
Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)
Alur 22 Alur 23 Alur 24
O2 1.592,9880 - 1.592,9880
N2 13.008,5023 8661,1680 21.669,6703
CO2 1.671,2871 7234,1854 8.905,4725
H2O 2.640,4716 - 2.640,4716
Subtotal 18.913,2490 15895,3534 34.808,6025
Total 34.808,6025 34.808,6025
A.2.7 Steam Boiler (E-201)
Fungsi: Memanaskan boiler feed water untuk menghasilkan superheated steam
-PC
TC
O2
N2
CO2
H2O
O2
N2
CO2
H2O
H2O
H2O
600oC, 1atm
90o
C, 148 atm
565o
C, 148 atm
100o
C, 1 atm
25
26
Neraca massa komponen Alur 25 = Alur 27
F(24)CO2 = F(27)CO2 = 8.905,4725 kg/jam
F(24)N2 = F(27)N2 = 21.669,6703 kg/jam
F(24)O2 = F(27)O2 = 1.592,9880 kg/jam
F(24)H2O = F(27)H2O = 2.640,4716 kg/jam
Alur 26 = Alur 28
F(26)H2O = F(28)H2O = 24.016,2058 kg/jam
Neraca massa total
Tabel A.7 Neraca massa pada Steam Boiler (E-201)
Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)
Alur 24 Alur 26 Alur 28 Alur 27
O2 1.592,9880 - - 1.592,9880
N2 21.669,6703 - - 21.669,6703
CO2 8.905,4725 - - 8.905,4725
H2O 2.640,4716 24.016,2058 24.016,2058 2.640,4716
Subtotal 34.808,6025 24.016,2058 24.016,2058 34.808,6025
LAMPIRAN B
PERHITUNGAN NERACA PANAS
Basis perhitungan : 1 jam operasi
Satuan Operasi : kJ/jam
Temperatur referensi : 250C (298 K)
Kapasitas : 30.000 ton/tahun
Perhitungan neraca panas menggunakan rumus sebagai berikut: Perhitungan beban panas pada masing-masing alur masuk dan keluar.
Q = H =
∫
T Persamaan umum untuk menghitung kapasitas panas adalah sebagai berikut:3 2 , a bT cT dT
CpxT = + + +
Jika Cp adalah fungsi dari temperatur maka persamaan menjadi :
dT
Untuk sistem yang melibatkan perubahan fasa persamaan yang digunakan adalah :
∫
B.1 Data-Data Kapasitas Panas, Panas Perubahan Fasa, dan Panas Reaksi Komponen
Tabel B.1 Data Kapasitas Panas Komponen Cair ( J/mol K)
Kapasitas Panas Cairan, Cpl = a + bT + CT2 + dT3 + eT4 (J/mol K)
Komponen a b c d e
H2O 1,82964E+01 4,72118E-01 -1,33878E-03 1,31424E-06 0,00000E+00
(Perry, 2007)
Tabel B.2 Data Kapasitas Panas Komponen Gas ( J/mol K)
Kapasitas Panas Gas, Cpg = a + bT + CT2 + dT3 + eT4 (J/mol K)
Komponen a b c d e
O2 2,9883E+01 -1,1384E-02 4,3378E-05 -3,7006E-08 1,0101E-11 N2 2,9412E+01 -3,0068E-03 5,4506E-05 5,1319E-09 -4,2531E-12 CO2 1,9022E+01 7,9629E-02 -7,3707E-05 3,7457E-08 -8,1330E-12 H2O 3,4047E+00 -9,6506E-03 3,2998E-05 -2,0447E-08 4,3023E-12 CH4 3,8387E+01 -2,3664E-02 2,9098E-04 -2,6385E-07 8,0068E-11 C2H6 3,3834E+01 -1,5518E-02 3,7689E-04 -4,1177E-07 1,3889E-10 C3H8 4,7266E+01 -1,3147E-01 1,1700E-03 -1,6970E-06 8,1891E-10 C4H10 6,6709E+01 -1,8552E-01 1,5284E-03 -2,1879E-06 1,0458E-09
(Perry, 2007)
Tabel B.3 Kapasitas Panas Padatan (s)
Kapasitas Panas Padatan, Cps = a + bT + cT-2 (kal/mol K)
Komponen a b c T range (K)
SiO2
10,87 0,0087 -241.200 273 – 848
10,95 0,0055 - 848 – 1.873
SiC 8,89 0,0029 -284.000 173 – 1.629
C 2,637 0.0026 -116.900 273 – 1.373
Tabel B.4 Data Panas Reaksi Pembentukan
Komponen Panas Reaksi Pembentukan (∆Hf, 25
0
C) ( kJ/kmol)
CH4 -78.451,6774
C2H6 -84.684,0665
C3H8 -103.846,7654
C4H10 -126.147,4607
H2O -241.834,9330
CO2 -393.504,7656
CO -110.541,1580
SiO2 -851.385,7800
SiC -117.230,4000
(Perry, 2007)
B.2 Perhitungan Neraca Panas B.2.1 Pelletizing Machine
Fungsi : Memperbesar ukuran bahan menjadi bentuk pellet, untuk memperbesar porositas bahan.
Asumsi : Selama proses terjadi kenaikan suhu bahan menjadi 400C.
SiO2
C FePO4
10Na2O.30SiO2.60H2
O 10Na2O.30SiO2.60H2
O
SiO2
C FePO4
5
4 6
∑
∫
−∑ ∫
= N CpdT N CpdT
dT
dQ in
s out
s
303
298 313
a. Menghitung Panas Masuk SiO2 : Qi SiO2 = N6SiO2.
∫
303
298
2 dT
CpSiO
= 85,2960 (kmol/jam). 1840,5824 (J/mol) = 156.994,2867 (kJ/jam)
C : Qi C = N6 C.
∫
303
298
dT CpC
= 256,6805 (kmol/jam). 529,4370 (J/mol) = 135.896,1639 (kJ/mol)
FePO4 : Qi FePO4 = N6FePO4.
∫
303
298
4 dT
CpFePO
= 0,5678 (kmol/jam). 474,5705 (J/mol) = 269,4703 kJ/jam
Na2O : Qi Na2O = N6Na2O.
∫
303
298
2 dT
CpNaO
= 1,5893 (kmol/jam). 346,4530 (J/mol) = 550,6137 kJ/jam
H2O : Qi H2O = N7H2O.
∫
303
298
2 dT
CpHO
= 9,5179 (kmol/jam). 374,6878 (kJ/mol) = 3.566,2332 kJ/jam
b. Menghitung Panas Keluar SiO2 : Qo SiO2 = N8SiO2.
∫
313
298
2 dT
CpSiO
= 85,2960 (kmol/jam). 2.301,5507 (J/mol) = 196.313,0313 (kJ/jam)
C : Qo C = N8C.
∫
313
298
dT CpC
FePO4 : Qo FePO4 = N8FePO4.
∫
313
298
4 dT
CpFePO
= 0,5678 (kmol/jam). 1.461,4185 (J/mol) = 830,4358 kJ/jam
Na2O : Qo Na2O = N8Na2O.
∫
313
298
2 dT
CpNaO
= 1,5893 (kmol/jam). 1.050,3585 (J/mol) = 1.668,7526 kJ/jam
H2O : Qo H2O = N8H2O.
∫
313
298
2 dT
CpHO
= 9,5179 (kmol/jam). 1.125,7408 (kJ/mol) = 10.714,6635 kJ/jam
Tabel B. 5 Neraca Energi pada Pelletizing Machine (L-102)
Komponen Masuk (kJ) Keluar (kJ)
SiO2 156.994,2867 196.313,0313
C 135.896,1639 159.650,8941
Na2O 269,4703 1.668,7526
FePO4 550,6137 830,4358
H2O 3.566,2332 10.714,6635
Jumlah 297.276,7679 369.177,7774
∆Hr - -
Q 71.901,0095 -
B.2.2 Bucket Elevator (C-110)
Fungsi : Mengangkut bahan baku dari pelletizing machine ke rotary kiln pre-heater.
Asumsi : terjadi penurunan suhu bahan menjadi 35 0C, selama pengangkutan.
40oC, 1 atm
35oC, 1 atm
SiO2
C
FePO4
10Na2O.30SiO2.60H2
O H2O
H2
O SiO2
C
FePO4
10Na2O.30SiO2.60H2
O
8 9
a. Menghitung Panas Masuk
Panas masuk bucket elevator sama dengan panas keluar pelletizing machine pada alur 8, yaitu = 369.177,7774 kJ/jam.
b. Menghitung Panas Keluar SiO2 : Qo SiO2 = N9SiO2.
∫
308
298
2 dT
CpSiO
= 85,2960 (kmol/jam). 2.069,7463 (kJ/mol) = 176.541,0481 (kJ/jam)
C : Qo C = N9C.
∫
308
298
2 dT
CpSiO
= 256,6805 (kmol/jam). 575,1541 (J/mol) = 147.630,8532 (kJ/mol)
FePO4 : Qo FePO4 = N9FePO4.
∫
308
298
2 dT
CpSiO
= 0,5678 (kmol/jam). 961,7110 (J/mol) = 546,0781 kJ/jam
Na2O : Qo Na2O = N9Na2O.
∫
308
298
2 dT
CpSiO
H2O : Qo H2O = N9H2O.
∫
308
298
2 dT
CpSiO
= 9,5179 (kmol/jam). 749,9460 (J/mol) = 7.137,8942 kJ/jam
Tabel B.6 Neraca Energi pada Bucket Elevator (C-110) Komponen Masuk (kJ/jam) Keluar (kJ/jam)
H8 H9
SiO2 196.313,0313 176.541,0481
C 159.650,8941 147.630,8532
Na2O 1.668,7526 1.107,0712
FePO4 830,4358 546,0781
H2O 10.714,6635 7.137,8942
Jumlah 369.177,7774 332.962,9448
∆Hr - -
Q - 36.214,8326
B.2.3 Burner (B-101)
Fungsi : Tempat pembakaran gas alam sebagai sumber panas preheater (B-102)
(
)
+∑
∫
−∑ ∫
∆
= r H C N CpdT N CpdT
dT
dQ in
s out
s r
303
298 1136
298 0
30 .
a. Menghitung Panas Reaksi Pembakaran Gas Alam (∆Hr) Reaksi pembakaran gas alam:
CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(g) ………(1)
C2H6(g) + 72O2(g) → 2CO2(g) + 3H2O(g) ………(2)
C3H8(g)+ 5O2(g) → 3CO2(g) + 4H2O(g) ………(3)
C4H10(g) + 132O2(g) → 4CO2(g) + 5H2O(g) ………(4)
1) Panas Reaksi Pembakaran Metana (CH4)
∆Hr(1) (30oC) = ∆Hro(1) +
∫
(
+ − −)
303
298
2 4
2
2 2Cpl Cpg 2Cpg dT
CpgCO HO CH O
r(1) = 30,0480 kmol/jam
∆Hro(1) = ∆Hro(CO2) + 2 ∆Hro(H2O) –∆Hro(CH4) – 2 ∆Hro(O2)
= -393.504,7656 +2 x (-241.834,933) – (-78.451,6800) – 2 x (0)
∆Hr(1) (30oC) = ∆Hro(1) +
∫
(
+ − −)
303
298
2 4
2
2 2Cpl Cpg 2Cpg dT
CpgCO HO CH O
= -798.722,9542 + [(186,2256) + ( 2 x 374,6878) – (255,2257) – (2 x 147,2875)]
= -798.337,1537 J/mol
2) Panas Reaksi Pembakaran Etana (C2H6)
∆Hr(2) (30oC) = ∆Hro(2) +
∫
(
+ − −)
303
298
2 7
2 6
2 2
2 3
2CpgCO CplHO CpgCH CpgO dT
r(2) = 2,5040 kmol/jam
∆Hro(2) = 2 ∆Hro(CO2) + 3 ∆Hro(H2O) - ∆Hro(C2H6) – 72 ∆Hro(O2)
= 2x(-393.504,7656) + 3x(-241.834,933) – (-84.684,0665) – 72x(0)
= -1.427.830,2637 J/mol
∆Hr(2) (30oC) = ∆Hro(2) +
∫
(
+ − −)
303
298
2 7
2 6
2 2
2 3
2CpgCO CplHO CpgCH CpgO dT
= -1.427.830,2637+ [(2 x 186,2256) + ( 3 x 374,6878) – (265,8178) – (72 x 147,2875)]
= -1.427.152,1744 J/mol
3)Panas Reaksi Pembakaran Propana (C3H8)
∆Hr(3) (30oC) = ∆Hro(3) +
∫
(
+ − −)
303
298
2 8
3 2
2 4 5
3CpgCO CplHO CpgCH CpgO dT
r(3) = 0,4173 kmol/jam
∆Hro(3) = 3∆Hro(CO2) + 4 ∆Hro(H2O) - ∆Hro(C3H8) – 5 ∆Hro(O2)
= 3x(-393.504,7656) +4x(-241.834,933) – (-103.846,7654) – 5 x (0)
∆Hr(3) (30oC) = ∆Hro(3) +
∫
(
+ − −)
= -2.043.056,4796 J/mol
4)Panas Reaksi Pembakaran Butana (C4H10)
∆Hr(4) (30oC) = ∆Hro(2) +
∫
(
+ − −)
= 4x(-393.504,7656) + 5x(-241.834,933) – (-126.147,4607) – 132x(0)
= -2.657.046,2667 J/mol
∆Hr(4) (30oC) = ∆Hro(2) +
∫
(
+ − −)
= -2.657.374,7234 J/mol
Panas Reaksi Total:
( )
T= (30,0480 x -798.337,1537) + (2,5040 x -1.427.152,1744) + (0,4173 x -2.043.056,4796) + (0,4173 )x (-2.657.374,7234)
b. Menghitung Panas Masuk 1) Panas Alur 10
CH4 : QiCH4 = N10CH4.
∫
303
298
4 dT
CpgCH
= 30,0480 kmol/jam x 255,2257 J/mol = 7.669,0199 kJ/jam
C2H6 : QiC2H6 = N10C2H6.
∫
303
298
6 2 dT
CpgCH
= 2,5040 kmol/jam x 265,8178 J/mol = 665,6076 kJ/jam
C3H8 : QiC3H8 = N10C3H8.
∫
303
298
8 3 dT
CpgCH
= 0,4173 kmol/jam x 370,2066 J/mol = 154,4995 kJ/jam
C4H10 : QiC4H10 = N10C4H10.
∫
303
298
10 4 dT
CpgCH
= 0,4173 kmol/jam x 490,6778 J/mol = 204,7761 kJ/jam
2) Panas Alur 12
O2 : QiO2 = N12O2.
∫
303
298
2 dT
CpgO
= 49,7800 kmol/jam x 147,2875 J/mol = 18.181,0788 kJ/jam
N2 : QiN2 = N12N2.
∫
303
298
2 dT
CpgN
c. Menghitung Panas Keluar
Asumsi tidak ada panas yang hilang selama pembakaran, sehingga dQ/dt = 0 dQ/dt = r Hri
(
C)
Qo = N13O2.
∫
Maka,
O2 : QiO2 = N13O2.
∫
1136
298
2 dT
CpgO
= 49,7800 kmol/jam x 27.494,7093 J/mol = 1.368.687,9449 kJ/jam
N2 : QiN2 = N13N2.
∫
1136
298
2 dT
CpgN
= 464,3671 kmol/jam x 49.501,7634 J/mol = 22.986.992,0204 kJ/jam
CO2 : QiCO2 = N13CO2.
∫
1136
298
2 dT
CpgCO
= 37,9773 kmol/jam x 40.858,0236 J/mol = 1.551.678,4385 kJ/jam
H2O : QiH2O = N13H2O.
∫
1136
298
2 dT
CpHO
= 47,5760 kmol/jam x
+ ∆
+
∫
∫
CplHOdT HVL CpvHOdT1136
373 373
298
2 2
= 71,3640 x 52.141,7527 J/mol = 3.721.043,2095 kJ/jam
Tabel B.7 Neraca Energi pada Burner (B-101)
Komponen Masuk (kJ/jam) Keluar (kJ/jam)
H10 H12 H13
CH4 7.669,0199 - -
C2H6 665,6076 - -
C3H8 154,4995 - -
C4H10 204,7761 - -
O2 - 18.181,0788 1.368.687,9449
Tabel B.7 Neraca Energi ... (Lanjutan)
Komponen Masuk (kJ/jam) Keluar (kJ/jam)
H10 H12 H13
CO2 - - 1.551.678,4385
H2O - - 3.721.043,2095
Jumlah 8.693,9032 96.043,8091 29.628.401,6133
Sub Total 104.737,7123 29.628.401,6133
∆Hr 29.523.663,9010 -
Total 29.628.401,6133 29.628.401,6133
B.2.4 Rotary Kiln Pre-Heater (B-102)
Fungsi : Pemanas awal bahan baku sampai suhu 6170C, sebelum dikirim ke Electric Furnace (B-103)
c. Menghitung Panas Masuk 1) Panas Alur 9
2) Panas Alur 13
Panas masuk pada alur 13 Rotary Kiln Pre-Heater (B-102) sama dengan panas keluar pada alur 13 Burner (B-101) pada suhu 863 0C, yaitu: 29.628.401,6133 kJ/jam.
d. Menghitung Panas Keluar 1) Panas Alur 15
Panas keluar pada alur 15, pada suhu 6170C (873 K) SiO2 : Qo SiO2 = N15SiO2.
∫
890
298
2 dT
CpSiO
= 85,2960 kmol/jam x 45.853,5392 J/mol = 4.007.033,8625 kJ/jam
C : Qo C = N15C.
∫
890
298
dT CpC
= 256,6805 kmol/jam x 9.440,2085 J/mol = 2.510.690,8311 kJ/jam
FePO4: Qo FePO4 = N15FePO4.
∫
890
298
4 dT
CpFePO
= 0,5678 kmol/jam x 96.469,7050 J/mol = 56.396,8703 kJ/jam
Na2O: Qo Na2O = N15Na2O.
∫
890
298
2 dT
CpNaO
= 1,5893 kmol/jam x 53.800,5248 J/mol = 88.032,5002 kJ/jam
2) Panas Alur 14
Panas keluar pada alur 14, pada suhu 6250C (898 K) O2 : QoO2 = N14O2.
∫
898
298
2 dT
CpgO
N2: QoN2 = N14N2.
∫
898
298
2 dT
CpgN
= 464,3671 kmol/jam x 29.531,7127 = 13.713.556,8035 kJ/jam
CO2 : QoCO2 = N14CO2.
∫
898
298
2 dT
CpgCO
= 37,9773 kmol/jam x 32.417,3140 = 1.231.122,8678 kJ/jam
H2O : Tekanan di alur 14 sebesar 1 atm = 101,325 kPa
Titik didih air = 373 K
∆HVL(373) = 2.257,3 kJ/kg (Reklaitis, 1983)
= 2.257,3 kJ/kg x 18,016 kg/kmol = 40.667,5168 J/mol
QiH2O = N14H2O.
∫
898
298
2 dT
CpHO
= N14H2O x
+ ∆
+
∫
∫
CplHOdT HVL CpvHOdT898
373 373
298
2 2
= 146,5691 kmol/jam x 50.498,3858 = 7.401.502,9396 kJ/jam
Tabel B.8 Neraca Energi pada Rotary KilnPre-Heater (B-102)
Komponen Masuk (kJ/jam) Keluar (kJ/jam)
H9 H13 H15 H14
SiO2 176.541,0481 - 4.007.033,8625 -
C 147.630,8532 - 2.510.690,8311 -
FePO4 546,0781 - 56.396,8703 -
Na2O 1.107,0712 - 88.032,5002 -
Tabel .B.8 Neraca Energi pada Rotary ……… (B-102) (Lanjutan)
Komponen Masuk (kJ/jam) Keluar (kJ/jam)
H9 H13 H15 H14
N2 - 22.986.992,0204 - 13.713.556,8035
CO2 - 1.551.678,4385 - 1.231.122,8678
Jumlah 332.962,9448 29.628.401,6133 666.2154,0641 23.299.210,4939
Sub Total 29.961.364,5581 29.961.364,5581
∆Hr - -
Q - -
Total 29.961.364,5581 29.961.364,5581
B.2.5 Electric Furnace (B-103)
Fungsi: Tempat reaksi reduksi dimana terjadinya pembentukan SiC pada suhu 16000C.
(
)
+∑
∫
−∑ ∫
∆
= r H C N CpdT N CpdT
dT
dQ in
s out
s r
303
298 1135
298 0
a. Menghitung Panas Reaksi (∆Hr) 1) Panas Reaksi Reduksi Reaksi:
SiO2 + 3 C → SiC + 2 CO ……. (1)
∆Hr(1) (1600oC) = ∆Hro(1) +
∫
(
+ − −)
1873
298
3
2Cpg Cps 2 Cps dT
CpsSiC CO SiO C
r(1) = 81,8841 kmol/jam
∆Hro(1) = ∆Hro(SiC) + 2 ∆Hro(CO) –∆Hro(SiO2) – 3 ∆Hro(C)
= -117.230,4000 + 2 x (-110.541,1580) - (-851.385,7800) – 3 x (0)
= 513.073,0640 J/mol
∆Hr(1) (1600oC) = ∆Hro(1) +
∫
(
+ − −)
1873
298
3 2
2 Cps dT
Cps Cpg
CpsSiC CO SiO C
= 513.073,0640 + (-43.900,5072) = 469.172,5568 J/mol
2) Panas Reaksi Pembakaran Karbon Monooksida Reaksi:
CO + 12O2 → CO2 ……. (2)
r(2) = 163,7683 kmol/jam
∆Hro(2) = ∆Hro(CO2) - ∆Hro(CO) – 12 ∆Hro(O2)
= -393504,7656 – (-110541,1580) – 12 x (0)
= -282.963,6076 J/mol
∆Hr(2) (1600oC) = ∆Hro(2) +
∫
(
− −)
1873
298
2 1
2
2 Cpg Cpg dT
CpgCO CO O
Maka, panas reaksi total
( )
THr
r i
i i∆
∑
= 2
2
= r Hri
(
C)
ii
0 2
2
1600
∆
∑
=
= r(1)∆Hr(1) (1600oC) + r(2)∆Hr(2) (1600oC)
= 81,8841 x 469172,5568 + 163,7683 x (-263242,3847) = -4.692.961,5647 kJ/jam
b. Menghitung Panas Masuk 1) Panas Masuk Alur 15
Panas masuk pada alur 15 Electric Furnace (B-103) sama dengan panas keluar pada alur 15 Fluidized Bed Preheater (B-102)
QSiO2 = 4.007.033,8625 kJ/jam
QC = 2.510.690,8311 kJ/jam
QFePO4 = 56.396,8703 kJ/jam
QNa2O = 88.032,5002 kJ/jam
2) Panas Masuk Alur 16
O2 : QiO2 = N16O2.
∫
303
298
2 dT
CpgO
= 12.105,1121 kJ/jam N2 : QiN2 = N16N2
∫
303
298
2 dT
CpgN
= 57.577,1166 kJ/jam
∑ Qi = Q15 + Q16
c. Menghitung Panas Keluar 1) Panas Keluar Alur 17
CO2 : QiCO2 = N17CO2.
∫
1673
298
2 dT
CpgCO
= 11.774.571,9283 kJ/jam
N2 : QiN2 = N17N2
∫
1673
298
2dT
CpgN
= 37.057.546,7412 kJ/jam
2) Panas Keluar Alur 18
SiO2 : Qo SiO2 = N18SiO2.
∫
1873
298
2 dT
CpSiO
= 383.393,0281 kJ/jam
C : Qo C = N18C.
∫
1873
298
dT CpC
= 356.468,8006 kJ/jam
FePO4: Qo FePO4 = N18FePO4.
∫
1873
298
4 dT
CpFePO
= 214.863,0053 kJ/jam
Na2O: Qo Na = N18Na2O.
∫
1873
298
2 dT
CpNaO
= 328.883,9479 kJ/jam
SiC: Qo SiC = N18SiC.
∫
1873
298
2 dT
CpSiO
∑ Qo = Q17 + Q18
= 56.414.226,3280 kJ/jam
dQ/dt = r Hri
( )
T ii∆
∑
= 2
2
+ Qo – Qi
= (-4.692.961,5647) + 56.414.226,3280 – 6.731.836.2929 ) = 44.989.428,4704 kJ/jam
Tabel B.9 Neraca Panas pada Electric Furnace (B-103)
Komponen Masuk (kJ/jam) Keluar (kJ/jam)
H15 H16 H17 H18
SiO2 4.007.033,8625 - - 383.393,0281
C 2.510.690,8311 - - 356.468,8006
FePO4 56.396,8703 - - 214.863,0053
Na2O 88.032,5002 - - 328.883,9479
SiC - - - 6.298.498,8766
O2 - 12.105,1121 - -
N2 - 57.577,1166 37.057.546,7412 -
CO2 - 11.774.571,9283 -
Jumlah
6.662.154,0641 69.682,2287 48.832.118,6695 7.582.107,6585 Sub Total
6.731.836,2929
56.414.226,3280
∆Hr 4.692.961,5647 - Q
44.989.428,4704 -
B.2.6 Cooling Yard (A-101)
Fungsi: Menurunkan suhu produk SiC dari furnace menjadi 300C. T: 30 oC
SiC SiC
C C
T: 1600 oC SiO2 SiO2 T: 30oC
FePO4 FePO4
Na2O Na2O
T : 25 oC
Untuk mendinginkan bahan keluaran furnace dari 16000C menjadi 300C, estimasi suhu udara pendingin 250C, suhu udara panas keluar 30 oC.
Panas Masuk Alur 18
Panas masuk pada alur 19 Cooling Yard (A-101) sama dengan panas keluar pada alur 18 Electric Furnace (B-103):
∑Q19 : 7.582.107,6585 kJ/jam
Panas Keluar Alur 20
SiO2 : Qo SiO2 = N20SiO2.
∫
303
298
2 dT
CpSiO
= 34,199.1793 kJ/jam
C : Qo C = N32C.
∫
303
298
2dT
CpSiO
= 5,357.7440
FePO4 : Qo FePO4 = N32FePO4.
∫
303
298
2 dT
CpSiO
Na2O : Qo Na2O = N32Na2O.
∫
303
298
2 dT
CpSiO
= 585.6527 kJ/jam
SiC : Qo SiC = N32SiC.
∫
303
298
2 dT
CpSiO
= 55,700.2387 kJ/jam
∑Q20 = Qo SiO2 + Qo C + Qo FePO4 + Qo Na2O + Qo SiC
= 96,114.6300 kJ/jam
Beban Panas Udara Pendingin = ∑Q19-∑Q20
= 7,485,993.0285 kJ/jam
Q udara = N O2
∫
303
298
2 dT
CpO + N N2
∫
303
298
2 dT
CpN
7,485,993.0285 kJ/jam = N O2
∫
303
298
2 dT
CpO + N N2
∫
303
298
2 dT
CpN
7,485,993.0285 kJ/jam = 0,21 Nudara
∫
303
298
2 dT
CpO + 0,79 Nudara
∫
303
298
2 dT
CpN
Nudara = 45,694.7376 kmol/jam
Diperoleh massa udara yang diperlukan = 1,314,444.4793 kg/jam Tabel B.10 Neraca Panas pada Cooling Yard (A-101)
Komponen Qin (kJ/jam) Qout (kJ/jam)
Umpan 7.582.107,6585 -
Produk - 96.114,6300
Udara - 7.485.993,0285
B.2.7 Mixing Point (M-102)
a. Panas Masuk
1)Panas Masuk Alur 22 :
Panas keluar pada alur 22, pada suhu 6250C (898 K), 5 atm. O2 : QoO2 = N22O2.
∫
898
298
2 dT
CpgO
= 49,78 kmol/jam x
∫
8982
298
2 dT
CpgO
= 953.027,8831 kJ/jam
N2: QoN2 = N22N2.
∫
898
298
2 dT
CpgN
= 464,3671 kmol/jam x
∫
898
298
2 dT
CpgN
= 13.713.556,8035 kJ/jam
CO2 : QoCO2 = N22CO2.
∫
898
298
2 dT
CpgCO
= 37,9773 kmol/jam x
∫
898
298
2 dT
CpgCO
= 1.231.122,8678 kJ/jam
625oC, 5 atm
M-102
FC
FC
FC
O
2N
2CO
2H
2O
O
2N
2CO
2H
2O
O
2N
21400oC, 5 atm
1031oC, 5 atm
22
23
H2O : Tekanan di alur 22 sebesar 5 atm
Panas masuk pada 23 Mixing Point (M-102) sama dengan panas keluar pada alur 17 Electric Furnace (B-103).
QiCO2 = 37.057.546,7412 kJ/jam
QiN2 = 11.774.571,9283 kJ/jam
∑Q23 = 48.832.118,6695 kJ/jam
∑Qi = Q22 + Q23
= 72.157.020,1709 kJ/jam
b. Panas Keluar
1) Panas Keluar Alur 24 :
Asumsi sistem bersifat adiabatis, maka panas keluar pada Mixing Point (M-102) sama dengan panas masuknya.
48.104.680,1140 = 49,78 x
∫
Dengan menggunakan Metode Newton-Rapshon pada program Matlab diperoleh suhu keluar Mixing Point (M-102), To = 1,304K = 1031 0C
Tabel B.10 Neraca Energi Mixing Point (M-102)
Komponen Masuk (kJ/jam) Keluar (kJ/jam)
H22 H23 H24
O2 953.027,8831 - 1.667.505,3763
H2O 7.427.193,9471 - 8.128.105,6669
N2 13.713.556,8035 37.057.546,7412 52.175.099,9145
CO2 1.231.122,8678 11.774.571,9283 10.186.309,2133
Jumlah 23.324.901,5015 48.832.118,6695 72.157.020,1709 Sub Total 72.157.020,1709 72.157.020,1709
∆Hr - -
Q - -
B.2.8 Gas Turbine (JJ-201)
Fungsi : mengubah energi panas dari gas panas menjadi energi mekanik berupa putaran poros turbin untuk menggerakkan generator pembangkit listrik.
a.Panas Masuk Alur 24
Panas masuk pada alur 24 Turbin sama dengan panas keluar pada alur 25
Mixing Point (M-102),
Qi : 72.157.020,1709 kJ/jam
b.Panas Keluar Alur 25 T24 = 10310 C = 1304 K
Pr 24 = 335,22 (Cengel dan Michael, 2005)
h24 = 1.400,728 kJ/kg
Ekspansi isentropis pada gas ideal, dengan rasio tekanan = 5 maka,
24 25
5 1
r
r P
P = × (Cengel dan Michael, 2005)
22 , 335 5 1
25 = ×
r
P
= 67,044 T25 = 873 K = 6000C (Cengel dan Michael, 2005)
maka,
O2 : QoO2 = N24O2.
∫
873
298
2 dT
CpgO
= 49.7800 kmol/jam .
∫
873
298
2 dT
CpgO
= 911.312,2941 kJ/jam
1031oC, 5 atm
Generator
600oC, 1 atmO
2N
2CO
2H
2O
O
2N
2CO
2H
2O
24
N2 : QoN2 = N24N2.
∫
= 21.514.581,4122 kJ/jam
CO2 : QoCO2 = N24CO2.
∫
= 5.381.293,3871 kJ/jam
H2O : Tekanan di alur 25 sebesar 1 atm
= 7.203.565,6160 kJ/jam
sehingga, Q25 = 35.010.752,7095 kJ/jam
Kerja yan g dihasilkan turbin, Wt :
Wt = Cp (T24-T25) = mg. (h24 - h25)
T25 = 873 K = 6000C
Wt = mg.(h25-h24)
= (1400,728 - 903,204) kJ/kg
= 34.808,0257 kg/jam x 497,524 kJ/kg = 17.317.828,1748 kJ/jam
Kerja yang disuplai turbin ke generator adalah Wt = 17.317.828,1748 kJ/jam
dt dW dt dQ
− = ∑Qo - ∑Qi (Cengel dan Boles, 2005)
dt dQ
– 17.317.828,1748 = Q25 – Q24
dt dQ
– 17.317.828,1748 = (35.010.752,7095 – 72.157.020,1709) kJ/jam
dt dQ
= - 19.828.439,2866 kJ/kg
Tabel B. 11 Neraca Energi Gas Turbine (JJ-201)
Komponen Masuk (kJ/jam) Keluar (kJ/jam)
H24 H25
O2 1.667.505,3763 911.312,2941
H2O 8.128.105,6669 7.203.565,6160
N2 52.175.099,9145 21.514.581,4122
CO2 10.186.309,2133 5.381.293,3871
Jumlah 72.157.020,1709 35.010.752,7095
W 17.317.828,1748
∆Hr - -
Q - 19.828.439,2866
B.2.9 Steam Boiler (E-201)
Fungsi: Memanaskan boiler feed water untuk menghasilkan superheated steam.
a. Panas Masuk
1) Panas Masuk Alur 25
Panas masuk pada alur 25 sama dengan panas keluar pada alur 25, turbin gas (JJ-201), yaitu 35.010.752,7095 kJ/jam, dengan suhu gas masuk 873 K = 6000C.
2) Panas Masuk Alur 26 :
Panas masuk pada alur 26 Steam Boiler (E-201) sama dengan panas keluar pada alur 26 dari Pompa (P-102)
QiH2O = N26H2O.
∫
363
298
2 dT
CpHO
= 607,8201 kmol/jam x 4.909,3461 J/mol = 2.983.999,0374 kJ/jam
-PC
TC
O
2N
2CO
2H
2O
O
2N
2CO
2H
2O
H
2O
H
2O
600oC, 1atm
90oC, 148 atm
565oC, 148 atm
100oC, 1 atm
25
26
b. Panas Keluar
1) Panas Keluar Alur 28 :
Temperatur steam yang dihasilkan harus sesuai dengan temperatur gas buang. Perbedaan temperatur yang terkecil antara 2 aliran gas dengan uap, yang biasa disebut dengan titik penyempitan (pinch point) minimum 20 0C (P. K Nag, 2002). Pada rancangan ini asumsi titik penyempitan (pinch point) diambil sebesar 35 0C, maka suhu steam keluar alur 28 adalah 838 K =
Asumsi sistem bersifat adiabatis.
Dengan menggunakan Metode Newton-Rapshon pada program Matlab diperoleh suhu To = 100,2126 0C
Tabel B.12 Neraca Energi pada Steam Boiler (E-201)
Komponen Masuk (kJ/jam) Keluar (kJ/jam)
H25 H26 H28 H27
O2 1.667.505,3763 - - 111.138,3809
CO2 10.186.309,2133 - - 589.563,7085
N2 52.175.099,9145 - - 2.019.369,1017
H2O 8.128.105,6669 2.983.999,0374 28.258.095,2870 7.016.585,2688
Jumlah 35.010.752,7095 2.983.999,0374 28.258.095,2870 9.736.656,4599
Sub Total 37.994.751,7469 37.994.751,7469
∆Hr - -
Q - -
Total 37.994.751,7469 37.994.751,7469
B.2.10 Steam Turbine (JJ-202)
Fungsi : Mengubah energi dari uap yang dihasilkan boiler menjadi energi mekanik berupa putaran poros turbin untuk menggerakkan generator pembangkit listrik.
Asumsi efisiensi turbin 85%. Daya yang dihasilkan turbin:
PT = ηT. F. (hi-hoa) (Cengel dan Boles, 2005)
H
2O
565oC, 148 atm
H
2O
46oC, 0,1 atm
Pada alur 28
Panas masuk pada alur 28 Steam Turbine (JJ-202) sama dengan panas keluar alur 28 pada Steam Boiler (E-201) = 28.258.095,2870 kJ/jam.
h28 (P = 15MPa, T = 838 K) = 3488,71 kJ/kg
s28 = 6,567
s29 = 6,567
Pada alur 29
P = 0,1 atm = 10 kPa
hf = 191,83 kJ/kg sf = 0,649
hg = 2584,7 kJ/kg sg = 8,150
6,567 = x.sf + (1-x) sg
6,567 = x. 0,6493 + (1-x) . 8,150 6,567 =0,6493x + 8,150 – 8,150x 7,503x =8,150-6,567
x =0,211 = 21,1 %
Kualitas uap = (100-21,1) % =78,9 %
hf = 191,83 kJ/kg dan hfg = 2.392,8 kJ/kg
h29 = x.hf + (1-x). hg
= 0,211x 191,83 + (1-0,211)x 2584,7 Kj/kg = 2.079,83 kJ/kg
ηT =
48 47
47
h h
h
h s
− −
(Cengel dan Michael, 2005)
hs = h28 - [ηT(h28-h29)]
Maka kerja yang dihasilkan turbin adalah WT = ηT. F. (h28-hs)
= 0,85 x 10.950 kg/jam x (3488,71-2.291,169) kJ/kg = 11.146.112,8575 kJ/jam
h29 = 2.079,83 kJ/kg
Q29 = h29 x 10.950 kg/jam
=22.774.138,5 kJ/jam
dt dW dt dQ
− = ∑Qo - ∑Qi (Cengel dan Boles, 2005)
dt dQ
– 11.146.112,8575 = Q29 – Q28
dt dQ
– 11.146.112,8575 = (22.774.138,5 – 28.258.095,2870) kJ/jam
dt dQ
= 5.662.156,0705 kJ/kg
Tabel B.13 Neraca Energi pada Steam Turbine (JJ-202)
Komponen Masuk (kJ/jam) Keluar (kJ/jam)
H28 H29
H2O 28.258.095,2870 22.774.138,5000
Jumlah 28.258.095,2870 22.774.138,5000
Sub Total 28.258.095,2870 22.774.138,5000
W - 11.146.112,8575
∆Hr - -
Q 5.662.156,0705 -
LAMPIRAN C
SPESIFIKASI PERALATAN
Spesifikasi peralatan dihitung berdasarkan urutan peralatan dalam flowsheet
pembuatan Silikon Karbida.
C.1 Gudang Penyimpanan FePO4 (TT-101)
Fungsi : Menyimpan bahan-bahan FePO4 sebelum
diproses selama 30 hari.
Jenis : Gedung berbentuk balok dengan atap berbentuk
limas.
Bahan Kontruksi : Bangunan Beton
Kondisi : Tekanan : 1 atm
Suhu : 300C
FePO4 yang diangkut dengan truk dimasukkan langsung ke gudang penyimpan
penyimpanan dengan kapasitas 30 hari. FePO4 ditempatkan dalam sak-sak dengan
berat @ 50 kg. Jadi 1 sak memuat:
4
FePO
ρ = 2,87 gr/ml = 2,87 kg/dm3 = 2.870 kg/m3
Volume FePO4 = 3 0,01742 3
/ 870 . 2
50
4 4
m m
kg kg F
FePO
FePO = =
ρ
Kebutuhan FePO4 = 85,6365 kg/jam
Banyak sak yang dibutuhkan dalam 30 hari
Jumlah sak (@ 50 kg) = 1.233,1652
/ 50
jam/hari 24
x hari 30 x kg/jam 85,6365
=
sak
kg sak
= 1.234 sak
Volume total sak tiap 30 hari : 0,01742 x 1.234 = 21,4983 m3
Faktor kosong ruangan = 20% dan area jalan dalam gudang = 20% ; sehingga: Volume ruang yang dibutuhkan = (1,4) 21,4983 m3
Dibangun 1 gedung penyimpanan : Volume gedung = 30,0976 m3
Bangunan diperkirakan dibangun dengan panjang 4 m, dengan tinggi tumpukan FePO4 2 m, sehingga :
V = p x l x t 30,0976 m3 = (4) .(l).(2)
l = 3,7622 m
Tinggi bangunan direncanakan 2½ x tinggi tumpukan bahan baku = 5 m Jadi ukuran bangunan gedung yang digunakan adalah :
Panjang = 4 m Lebar = 4 m Tinggi = 5 m
C.2 Gudang Penyimpanan Pasir Silika (SiO2) (TT-102)
Fungsi : Menyimpan bahan-bahan SiO2 sebelum
diproses selama 30 hari.
Jenis : Gedung berbentuk balok dengan atap berbentuk
limas.
Bahan Kontruksi : Bangunan Beton
Kondisi : Tekanan : 1 atm
Suhu : 300C Perhitungan desain bangunan :
SiO2 yang diangkut dengan truk dimasukkan langsung ke gudang penyimpan
penyimpanan dengan kapasitas 30 hari.
2
SiO
F = 4.838,4606 kg/jam
Untuk kapasitas 30 hari dapat dihitung :
2
SiO
F = 4.838,4606 kg/jam x 30 hari x 24 jam/hari = 3.483.691,6320 kg (30 hari)
2
SiO
ρ = 2,648 gr/ml = 2,648 kg/dm3 = 2.648 kg/m3
Volume SiO2 = 3 1.315,5935 3
/ 648 . 2
6320 3.483.691,
2 2
m cm
kg
kg F
SiO
SiO = =
Faktor kosong ruangan = 20% dan area jalan dalam gudang = 20% sehingga: Volume ruang yang dibutuhkan = (1,4) 1.315,5935 m3
= 1.841,8309 m3
Bangunan diperkirakan dibangun dengan panjang 25 m, dengan tinggi tumpukan SiO2 2 m, sehingga :
V = p x l x t 1.841,8309 m3 = (28) .(l).(2)
l = 32,8898 m
Tinggi bangunan direncanakan 2½ x tinggi tumpukan bahan baku = 5 m Jadi ukuran bangunan gedung yang digunakan adalah :
Panjang = 28 m Lebar = 33 m Tinggi = 5 m
C.3 Gudang Penyimpanan Coke (TT-103)
Fungsi : Menyimpan bahan-bahan coke sebelum
diproses selama 30 hari.
Jenis : Gedung berbentuk balok dengan atap berbentuk
limas.
Bahan Kontruksi : Bangunan Beton
Kondisi : Tekanan : 1 atm
Suhu : 300C
Perhitungan desain bangunan :
Coke yang diangkut dengan truk dimasukkan langsung ke gudang penyimpan penyimpanan dengan kapasitas 30 hari.
Coke
F = 3.082,9129 kg/jam
Untuk kapasitas 30 hari dapat dihitung :
Coke
F = 3.082,9129 kg/jam x 30 hari x 24 jam/hari = 2.219.697,3230 kg (30 hari)
Coke
Volume Coke = 3 2.882,7238 3 /
770
3230 2.219.697,
m cm
kg
kg F
Coke
Coke = =
ρ
Faktor kosong ruangan = 20% dan area jalan dalam gudang = 20% sehingga: Volume ruang yang dibutuhkan = (1,4) 2.882,7238 m3
= 4.035,8133 m3
Bangunan diperkirakan dibangun dengan panjang 40 m, dengan tinggi tumpukan
coke 2 m, sehingga :
V = p x l x t 4.035,8133 m3 = (40) .(l).(2)
l = 50,4477 m
Tinggi bangunan direncanakan 2½ x tinggi tumpukan bahan baku = 5 m Jadi ukuran bangunan gedung yang digunakan adalah :
Panjang = 40 m Lebar = 51 m Tinggi = 5 m
C.4 Tangki Penyimpanan Larutan 10Na2O.30SiO2.60H2O (TT-104)
Fungsi : Menyimpan bahan 10Na2O.30SiO2.60H2O sebelum diproses
selama 30 hari
Bahan konstruksi : Carbon Steel SA – 285Grade C
Bentuk : Silinder vertikal dengan alas datar dan tutup ellipsoidal Jenis sambungan : Double welded butt joints
Jumlah : 1 unit
Kondisi operasi:
Tekanan = 1 atm
Temperatur = 30 oC = 303,15 K Laju alir massa = 556,6371 kg/jam Kebutuhan perancangan = 30 hari
Faktor kelonggaran = 20% Data komposisi komponen:
• Natrium Silikat = 69 %
Data densitas komponen:
• Natrium Silikat = 2.400 kg/m3
• Air = 995,647 kg/m3
(Perry, 1999) Densitas campuran:
ρ campuran = 0,69 (2400 kg/m3) + 0,31(995,647 kg/m3)
= 1.428,8899 kg/m3
Perhitungan:
a. Volume tangki
Volume larutan =
3
8899 , 428 . 1
24 30
6371 , 556
m kg
hari jam jam
kg
hari×
×
= 280,4826 m3
Faktor kelonggaran = 20%
Volume tangki, Vt =(100% +20%) x 280,4826 m3 = 336,5791 m3 Direncanakan dibangun 1 unit untuk kebutuhan 30 hari.
b. Diameter dan tinggi tangki
Hs
½ D
∼ Volume silindertangki (Vs)
Vs = (Brownell & Young, 1959)
Perbandingan tinggi silinder dengan diameter tangki (Hs : D) = 4:3
Vs =
½ D He
Perbandingan tinggi tutup tangki dengan diameter tangki (He : D) = 1:4
Ve = (Perry, 2007)
∼ Volume tangki (V)
V = Vs + Ve
=
336,5791 m3 = 1,1775 D3
D = 6,5873 m = 359,3433 in Hs= (4/3) x D = 8,7831 m = 345,7911 in
r = ½ D = 3,2937 m = 129,6716 in
Diameter dan tinggi tutup tangki
Diameter tutup = diameter tangki = 5,7546 m
Tinggi tutup =
=
4 m 8,7831 4
1
D
= 1,6468 m
Tinggi Total (H) = 8,7831 m + 1,6468 m = 10,4299 m
c. Tebal tangki
Untuk cylindrical shell:
ts = Cc
P Ej
S r P
+ −0,6 .
.
(Timmerhaus & Peter , 2004)
dimana :
P = maximum allowable internal pressure
r = jari-jari tangki
S = maximum allowable working stress
Ej = joint efficiency
Cc= allowance for corrosion Tinggi cairan :
Hc = (1 – 0,2) Hs
Phid = ρ x g x Hc Faktor keamanan 20%, Pdesain = (1+fk)Poperasi
= 1,2 x 34,7598 psi = 34,7598 psi
Untuk bahan konstruksi Carbon steel, SA – 285, Grade C dan jenis sambungan double-welded butt joint :
Maka tebal tangki yang digunakan pada cylindricalshell dan ellipsoidal head adalah sama, sebesar 5/8 in (Brownell & Young, 1959).
C.5 Belt Conveyor (C-101)
Fungsi : Mengangkut FePO4 dari gudang penyimpanan
ke belt conveyor feeder
Jenis : Horizontalbelt conveyor
Jumlah : 1 unit
Kondisi : Tekanan : 1 atm
Suhu : 300C Jumlah materi : 85,6365 kg/jam Faktor kelonggaran : 20 %
Kapasitas materi : 1,2 x 85,6365 kg/jam = 102,7638 kg/jam : 0,1028 ton/jam
Panjang : 100 ft
Menghitung Daya Conveyor
P = Pempty + Phorizontal + Pvertikal (Wallas,1988)
Kecepatan conveyor dapat dihitung (μ):
Asumsikan tebal belt conveyor 18 inci dengan angle of repose 20o maka dari tabel 5.5a Wallas diperoleh data untuk conveyor = 69
100 69
0,1028
x
=
µ = 0,1489 ft/menit
Daya Empty
Horsepower conveyor dengan panjang 100 ft dan tebal belt conveyor 18 inci dapat dilihat dari grafik 5.5c Wallas yaitu = 0,3 hp
Pempty = 0,1489 x 0,3
= 0,0447 hp
Daya Horizontal
L = 0
5 cos
100
= 100,3825 ft
Phorizontal = (0,4 + 100,3825/ 300)( 0,1028/ 100)
= 0,0008 hp
Daya Vertikal
Pvertikal = 0,001 H.w (Wallas,1988)
H = 100 tg 50 = 8,7488 ft Pvertikal = 0,001 x 8,7488 x 0,1028
= 0,0009 hp
Dengan demikian daya conveyor seluruhnya adalah : P = 0,0447 hp + 0,0008 hp + 0,0009 hp
= 0,0464 hp Efisiensi motor = 80%
Daya yang dibutuhkan = 0,0464/0,8 =0,0579 hp Maka dipakai daya 1 hp
C.6 Belt Conveyor (C-102)
Fungsi : Mengangkut pasir silika (SiO2) dari gudang
penyimpanan ke screen
Jenis : Horizontalbelt conveyor
Jumlah : 1 unit
Kondisi : Tekanan : 1 atm
Suhu : 300 Jumlah materi : 4.838,4606 kg/jam Faktor kelonggaran : 20 %
Kapasitas materi : 1,2 x 4.838,4606 kg/jam = 5.806,1527 kg/jam : 5,806 ton/jam
Panjang : 50 ft
Menghitung Daya Conveyor
Kecepatan conveyor dapat dihitung (μ):
Asumsikan tebal belt conveyor 18 inci dengan angle of repose 20o maka dari tabel 5.5a Wallas diperoleh data untuk conveyor = 69
100 69 5,806
x
=
µ = 8,4147 ft/menit
Daya Empty
Horsepower conveyor dengan panjang 50 ft dan tebal belt conveyor 18 inci dapat dilihat dari grafik 5.5c Wallas yaitu = 0,15 hp
Pempty = 8,4147 x 0,15
= 1,2622 hp
Daya Horizontal
Phorizontal = (0,4 + L/300)(w/100) (Wallas,1988)
L =
0
5 cos
50
= 50,1912 ft
Phorizontal = (0,4 + 50,1912/ 300)( 5,8062/ 100)
= 0,0329 hp
Daya Vertikal
Pvertikal = 0,001 H.w (Wallas,1988)
H = 50 tg 50 = 4,3744 ft Pvertikal = 0,001 x 4,3744 x 5,8062
= 0,0254 hp
Dengan demikian daya conveyor seluruhnya adalah : P = 1,2622 hp + 0,0329 hp + 0,0254 hp
= 1,3205 hp Efisiensi motor = 80%
C.7 Belt Conveyor (C-103)
Fungsi : Mengangkut pasir silika (SiO2) dari screen ke grinder
Jenis : Horizontalbelt conveyor
Jumlah : 1 unit
Kondisi : Tekanan : 1 atm
Suhu : 300 Jumlah materi : 4.838,4606 kg/jam Faktor kelonggaran : 20 %
Kapasitas materi : 1,2 x 4.838,4606 kg/jam = 5.806,1527 kg/jam : 5,806 ton/jam
Panjang : 30 ft
Menghitung Daya Conveyor
P = Pempty + Phorizontal + Pvertikal (Wallas,1988)
Kecepatan conveyor dapat dihitung (μ):
Asumsikan tebal belt conveyor 18 inci dengan angle of repose 20o maka dari tabel 5.5a Wallas diperoleh data untuk conveyor = 69
100 69 5,806
x
=
µ = 8,4147 ft/menit
Daya Empty
Horsepower conveyor dengan panjang 30 ft dan tebal belt conveyor 18 inci dapat dilihat dari grafik 5.5c Wallas yaitu = 0,1 hp
Pempty = 8,4147 x 0,1 = 0,8415 hp
Daya Horizontal
Phorizontal = (0,4 + L/300)(w/100) (Wallas,1988)
L = 0
5 cos
30
= 30,1147 ft
Phorizontal = (0,4 + 30,1147/ 300)( 5,806/ 100)
= 0,0291 hp Daya Vertikal
H = 30 tg 50 = 2,6246 ft Pvertikal = 0,001 x 2,6246 x 5,806
= 0,0152 hp
Dengan demikian daya conveyor seluruhnya adalah : P = 0,8415 hp + 0,0291 hp + 0,0152 hp
= 0,8858 hp Efisiensi motor = 80%
Daya yang dibutuhkan = 0,8858 hp / 0,8 = 1,1072 hp Maka dipakai daya 1½ hp.
C.8 Belt Conveyor (C-104)
Fungsi : Mengangkut pasir silika (SiO2) dari grinder ke belt conveyor feeder
Jenis : Horizontalbelt conveyor
Jumlah : 1 unit
Kondisi : Tekanan : 1 atm
Suhu : 300 Jumlah materi : 4.838,4606 kg/jam Faktor kelonggaran : 20 %
Kapasitas materi : 1,2 x 4.838,4606 kg/jam = 5.806,1527 kg/jam : 5,806 ton/jam
Panjang : 50 ft
Menghitung Daya Conveyor
P = Pempty + Phorizontal + Pvertikal (Wallas,1988)
Kecepatan conveyor dapat dihitung (μ):
Asumsikan tebal belt conveyor 18 inci dengan angle of repose 20o maka dari tabel 5.5a Wallas diperoleh data untuk conveyor = 69
100 69 5,806
x
=
Daya Empty
Horsepower conveyor dengan panjang 50 ft dan tebal belt conveyor 18 inci dapat dilihat dari grafik 5.5c Wallas yaitu = 0,15 hp
Pempty = 8,4147 x 0,15
= 1,2622 hp
Daya Horizontal
Phorizontal = (0,4 + L/300)(w/100) (Wallas,1988)
L = 0
5 cos
50
= 50,1912 ft
Phorizontal = (0,4 + 50,1912/ 300)( 5,806/ 100)
= 0,0329 hp
Daya Vertikal
Pvertikal = 0,001 H.w (Wallas,1988)
H = 50 tg 50 = 4,3744 ft Pvertikal = 0,001 x 4,3744 x 5,806
= 0,0254 hp
Dengan demikian daya conveyor seluruhnya adalah : P = 1,2622 hp + 0,0329 hp + 0,0254 hp
= 1,3205 hp Efisiensi motor = 80%
Daya yang dibutuhkan = 1,3205 hp / 0,8 = 1,6507 hp Maka dipakai daya 2 hp
C.9 Belt Conveyor (C-105)
Fungsi : Mengangkut coke dari gudang penyimpanan ke
grinder
Jenis : Horizontalbelt conveyor
Kondisi : Tekanan : 1 atm Suhu : 300C Jumlah materi : 3.082,9129 kg/jam Faktor kelonggaran : 20 %
Kapasitas materi : 1,2 x 3.082,9129 kg/jam = 3.699,4955 kg/jam : 3,6995 ton/jam
Panjang : 50 ft
Menghitung Daya Conveyor
P = Pempty + Phorizontal + Pvertikal (Wallas,1988)
Kecepatan conveyor dapat dihitung (μ):
Asumsikan tebal belt conveyor 18 inci dengan angle of repose 20o maka dari tabel 5.5a Wallas diperoleh data untuk conveyor = 69
100 69
3,6995
x
=
µ = 5,3616 ft/menit
Daya Empty
Horsepower conveyor dengan panjang 50 ft dan tebal belt conveyor 18 inci dapat dilihat dari grafik 5.5c Wallas yaitu = 0,15 hp
Pempty = 5,3616 x 0,15
= 0,8042 hp
Daya Horizontal
Phorizontal = (0,4 + L/300)(w/100) (Wallas,1988)
L = 0
5 cos
50
= 50,1912 ft
Phorizontal = (0,4 + 50,1912/ 300)( 3,6995/ 100)
= 0,0210 hp Daya Vertikal
Pvertikal = 0,001 H.w (Wallas,1988)
H = 50 tg 50 = 4,3744 ft Pvertikal = 0,001 x 4,3744 x 3,6995
Dengan demikian daya conveyor seluruhnya adalah : P = 0,8042 hp + 0,0210 hp + 0,0162 hp
= 0,8414 hp Efisiensi motor = 80%
Daya yang dibutuhkan = 0,8414 hp / 0,8 = 1,0518 hp Maka dipakai daya 1½ hp.
C. 10 Belt Conveyor (C-106)
Fungsi : Mengangkut coke dari grinder ke belt conveyor feeder
Jenis : Horizontalbelt conveyor
Jumlah : 1 unit
Kondisi : Tekanan : 1 atm
Suhu : 300C Jumlah materi : 3.082,9129 kg/jam Faktor kelonggaran : 20 %
Kapasitas materi : 1,2 x 3.082,9129 kg/jam = 3.699,4955 kg/jam : 3,6995 ton/jam
Panjang : 50 ft
Menghitung Daya Conveyor
P = Pempty + Phorizontal + Pvertikal (Wallas,1988)
Kecepatan conveyor dapat dihitung (μ):
Asumsikan tebal belt conveyor 18 inci dengan angle of repose 20o maka dari tabel 5.5a Wallas diperoleh data untuk conveyor = 69
100 69
3,6995
x
=
µ = 5,3616 ft/menit
Daya Empty
Pempty = 5,3616 x 0,15
= 0,8042 hp
Daya Horizontal
Phorizontal = (0,4 + L/300)(w/100) (Wallas,1988)
L =
0
5 cos
50
= 50,1912 ft
Phorizontal = (0,4 + 50,1912/ 300)( 3,6995/ 100)
= 0,0210 hp Daya Vertikal
Pvertikal = 0,001 H.w (Wallas,1988)
H = 50 tg 50 = 4,3744 ft Pvertikal = 0,001 x 4,3744 x 3,6995
= 0,0162 hp
Dengan demikian daya conveyor seluruhnya adalah : P = 0,8042 hp + 0,0210 hp + 0,0162 hp
= 0,8414 hp Efisiensi motor = 80%
Daya yang dibutuhkan = 0,8414 hp / 0,8 = 1,0518 hp Maka dipakai daya 1½ hp.
C.11 Screen (S-101)
Fungsi : Sebagai alat untuk memisahkan pasir silika (SiO2) dari partikel-partikel lain yang
berukuran lebih besar