LA.2 Vibrating Screen (VS-104) Fungsi: Menyaring batang jagung yang telah dihaluskan oleh Knife Cutter (KC)

LAMPIRAN A

PERHITUNGAN NERACA MASSA

Pra rancangan pabrik pembuatan bio-oil dengan proses fast pyrolisis (pirolisis cepat) menggunakan bahan baku batang jagung dengan ketentuan sebagai berikut. Kapasitas produksi : 2.000 ton/tahun.

Basis perhitungan : 1 jam operasi. Waktu kerja per tahun : 330 hari. Satu hari operasi : 24 jam.

Satuan perhitungan : kg/jam dan kmol/jam.

Kapasitas Produksi Perjam = _

  

     

     

     

 

ton 1

kg 1.000 x jam 24

hari 1 x hari 330

tahun 1 x tahun

ton 2000

= 252,5252

jam kg

Kemurnian Produk : 96 % Bio-oil sebagai produk ;

=

jam kg x 252,5252 %

96 = 242,4242

jam kg

Dari perhitungan alur mundur, untuk menghasilkan 242,4242 kg/jam bio-oil dibutuhkan bahan baku batang jagung halus sebanyak 560,4753 kg/jam. Jumlah batang jagung daur ulang 140,1188 kg/jam. Massa molekul realatif (kg/kmol):

Bio-oil = 60,0333 kg/kmol

Lignoselulosa (C10H12O4)10 = 1960 kg/kmol

C = 12,0111 kg/kmol

CO = 28,0105 kg/kmol

CO2 = 44,0147 kg/kmol

CH4 = 16,0427 kg/kmol

H2 = 2,0016 kg/kmol

O2 = 32 kg/kmol

N2 = 28,02 kg/kmol

H2O = 18,0016 kg/kmol

Mol Bio-oil =

kmol kg

jam kg

0333 , 60 242,4242

= 4,0381 kmol

Komposisi Batang Jagung dalam % massa (Basis:100) - Lignoselulosa = 84%

- Impuritis = 16 % (Hambali, dkk.,2007)

LA.1 Knife cutter (KC-103)

Fungsi: mengecilkan ukuran batang jagung sebelum masuk kedalam vibrating screen (VS-104)

Gambar LA.1 Diagram Alir Unit Persiapan Bahan Baku Persamaan Neraca Massa pada Unit Persiapan Bahan Baku

F1+F4 = F2

Efisiensi pengecilan ukuran batang jagung oleh Knife Cutter = 80%. (Walas, 1988). Dalam knife cutter ini hanya 80% batang jagung yang berhasil dikecilkan menjadi ukuran diameter 1 mm.

Alur masuk

Batang jagung yang harus disuplay setiap jam adalah 700,5941 kg/jam

Didalam knife cutter hanya berhasil dihaluskan 80 % sehingga 20 % lagi akan di recycle kembali dari vibrating screen ke knife cutter.

Batang jagung yang harus disuplai dari penyimpanan: = 700,5941 /

Batang jagung yang direcycle = 700,5941 / = 140,1188 kg/jam

Alur keluar dari knife cutter (alur 3)

= +

= 560,4753 + 140,1188

= 700,5941 kg/jam

Tabel berikut adalah neraca massa pada Unit Persiapan Batang Jagung. Tabel LA.1 Neraca Massa pada Unit Persiapan Bahan Baku

Komponen Masuk (kg/jam) keluar (kg/jam)

alur 1 alur 4 alur 2

Batang jagung 560,4753 140,1188 700,5941

Total 700,5941 700,5941

LA.2 Vibrating Screen (VS-104)

Fungsi: Menyaring batang jagung yang telah dihaluskan oleh Knife Cutter (KC) sampai 1 mm.

Gambar LA.2 Diagram Alir Vibrating Screen (VS-103)

Asumsi efisiensi penyaringan batang jagung pada Vibrating Screen adalah 80% . Dalam vibrating screen akan dipisahkan semua batang jagung yang ukurannya 1 mm dari batang jagung yang ukurannya lebih besar dari 1 mm (Walas, 1988).

Persamaan Neraca Massa padaVibrating Screen (VS-104) F2 = F3 + F4

= 700,5941 / = /

= 140,1188 kg/jam F3 = F2 – F4

= 700,5941 – 140,1188 = 560,4753 kg/jam

Tabel LA.2 Neraca Massa pada Vibrating Screen (VS-104)

Komponen masuk (kg/jam) keluar (kg/jam)

alur 2 alur 3 alur 4

Batang jagung 700,5941 560,4753 140,1188

Total 700,5941 700,5941

LA.3 Reaktor (R-201)

Fungsi: mengurai remah batang jagung (corn stover) dalam proses pemanasan pada suhu 480 oC sehingga terbentuk bio-oil, gas, dan arang.

N2 5

Gambar LA.3 Diagram Alir Reaktor Pyrolisis (R-201) Persamaan Neraca Massa pada Reaktor Pyrolisis (R-201)

F3 + F5 = F7 Reaksi pada Reaktor Pyrolysis (RP)

Massa remah jagung masuk ke raktor sama dengan jumlah remah jagung yang keluar di alur 4 Vibrating Screen sehingga F3 = 560,4753 kg/jam

konversi Lignoselulosa = 100 % (Hambali,2007)

(C10H12O4)10 6,203C6H10O5(l)+ 66,976C(s)+ (6,404CO2 + 3,852CO +4,159CH4+

9,734H2) (g) + 17,136 H2O

(Simulation of Olive Pits Pyrolysis in a Rotary Kiln Plant thermal science, 2011). 480 0_C

batang jagung 3 REAKTOR Bio-oil _{Arang (C)} syngas 7

Alur 3

Massa (C10H12O4)10 = 560,4753 kg/jam

Mol (C10H12O4)10 =

560,4753

= 0,2954 kmol/jam Hasil reaksi

Alur 7

Mol bio-oil = 4,0381 kmol

Mol C = , x 0,2954 = 19,7847 kmol

Mol CO2 = ,

x 0,2954 = 1,8917 kmol

Mol CO = , x 0,2954 = 1,1379 kmol Mol CH4 = 4.159₁ x 0,2954 = 1,2286 kmol

Mol H2 = ,

x 0,2954 = 2,8754 kmol

Mol H2O = ,

x 0,2954 = 5,0620 kmol F7 Bio-oil = 4,0381 x 60,0333 = 242,4242 kg/jam F7 C = 19,7847 x 12,0111 = 237,6360 kg/jam

Komposisi Produk Gas Sintesis (Syngas) serta Berat Molekulnya

Komposisi (% mol) Berat Molekul (kg/kmol)

H2 56,4 2,016

N2 33,1 28,020

CH4 7,1 16,040

H2O 1,7 18,016

CO 1,3 28,010

CO2 0,4 44,010

(Sumber : Subekti, 2005 dan Perry and Green, 1999)

F7 CO2 = 1,8917 x 44,0147 x 0,4% = 0,3330 kg/jam

F7 CO = 1,1379 x 28,0105 x 1,3% = 0,4143 kg/jam F7 CH4 = 1,2286 x 16,0427 x 7,1% = 1,3994 kg/jam

F7 H2 = 2,8754 x 2,0016 x 56,4% = 3,2460 kg/jam

Alur5

Kebutuhan gas N2 sebagai pendorong partikel – partikel yang terdapat pada reaktor

pyrolisis (R-201) 10% dari jagung yang masuk (www//:CO2_Compound.com). F5 =

10% dari jagung yang masuk = 10% x 560,4753 kg/jam = 56,0475 kg/jam

F5 = 56,0475 kg/jam x 33,1% = 16,2027 kg/jam

Alur 6

2

CO

N = 1 ₂

2

CO kmol x Q Q

CO reaktor

= 1 2

kkal/jam 5.732,5174

kkal/jam

09 639.294,42

CH kmol x

= 1,1152 kmol

2

CO

F =

2

CO

N x

2

CO

BM

= 1,1152 kmol x 16,0427 kg/kmol = 17,8908 kg/jam

O H

N ₂ = x kmolH O Q

Q

O H reaktor

2 1

2

= x1kmolH₂O

kkal/jam 1

10.549,548

kkal/jam 09

639.294,42

= 1,2715 kmol

O H F

2 = NH2Ox BMH2O

Alur 15

= 1,1152 kmol x 16,0427 kg/kmol = 17,8908 kg/jam

= 1,2715 kmol x 16,0427 kg/kmol = 20,3982 kg/jam

Tabel berikut adalah neraca massa pada Reaktor Pyrolisis (R-201) Tabel LA.3 Neraca Massa pada Reaktor Pyrolisis (R-201)

Komponen Massa Masuk (kg/jam) Massa Keluar (kg/jam)

Alur 3 Alur 5 Alur 6 Alur7 Alur 15

Lignoselulosa Impuritis Bio-oil Arang (C)

470,7993 89,6760

--- 16,2027

17,8908

20,3982

--- 89,6760 242,4242

17,8908

20,3982

Sub total 560,4753 16,2027 38,2890 576,678 38,2890

LA.4 Cyclone (CY-205)

Fungsi : Memisahkan karbon yang masih ada pada gas yang berasal dari Reaktor Pyrolisis

Gambar LA.4 Diagram Alir Cyclone (CY-205) Persamaan Neraca Massa pada Cyclone (CY-205)

F8 = F9 + F10 Alur 9

Asumsi : efisiensi peyisihan karbon aktif = 100% (hasil maksimum). F8 Karbon aktif (C) = F9 Karbon aktif (C) = 237,6360

jam kg

Alur 10

F8 Bio-oil = F10 Bio-oil = 242,4242

jam kg

F8 CO2 = F10 CO2 = 0,3330 jam

kg

F8 CO = F10 CO = 0,4143

jam kg

F8 CH4 = F10 CH4 = 1,3994

jam kg

F8 H2 = F10 H2 = 3,2460

jam kg

F8 H2O = F10 H2O = 1,5491

Tabel berikut adalah neraca massa pada Cyclone. Tabel LA.4 Neraca Massa pada Cyclone (CY-205)

Komponen Massa Masuk (kg/jam) Massa Keluar (kg/jam)

Alur 8 Alur 9 Alur 10

Bio-oil Arang CO2

CO CH4

H2

H2O

242,4242 237,6360 0,3330 0,4143 1,3994 3,2460 1,5491

--- 237,6360

--- --- --- --

242,4242 --- 0,3330 0,4143 1,3994 3,2460 1,5491

Sub Total 237,6360 249,3660

Total 487,0020 487,0020

LA.5. Knock Out Drum (KO-208)

Fungsi : memisahkan gas dari cairan bio-oil. Dalam Knock Out Drum ini terjadi pemisahan Gas dan cair secara langsung (Paul, 2000).

Asumsi efisiensi alat : terpisah 100%

Gambar LA.5 Diagram Alir Knock Out Drum (KOD)

Persamaan Neraca Massa Pada Knock Out Drum (KOD) F11 = F12 + F13

Alur 11

Efisiensi Knock Out Drum (KOD) : 100 % F11 Bio-oil = F12 Bio-oil = 242,4242

Alur 13

F13 CO2 = F11 CO2 = 0,3330 jam

kg

F13 CO = F11 CO = 0,4143

jam kg

F13 CH4 = F11 CH4 = 1,3994 jam

kg

F13 H2 = F11 H2 = 3,2460 jam

kg

Tabel berikut adalah neraca massa pada Knock Out Drum (KO-208). Tabel LA.5 Neraca Massa pada Knock Out Drum (KO-208)

Komponen Massa Masuk (kg/jam) Massa Keluar (kg/jam)

Alur 11 Alur 12 Alur 13

Bio-oil CO2

CO CH4

H2

H2O

242,4242 0,3330 0,4143 1,3994 3,2460 1,5491

242,4242 --- --- --- ---

--- 0,3330 0,4143 1,3994 3,2460 1,5491

Sub Total 242,4242 6,9418

LAMPIRAN B

PERHITUNGAN NERACA PANAS

Basis perhitungan : 1 jam operasi. Temperatur referensi : 25 oC (298,15 K). Satuan perhitungan : kJ/jam

Tabel LB.1 Kapasitas Panas Gas

Komponen

Cp (J/mol.K)

A b x 10-2 T C x 10-5 T2 d x 10-9 T3 e x 10-12 T5

(J/mol.K)

H2

g : 17,6386

l : 58,8663

6,7006

-23,0694

-13,1485

-8.042,1300

105,8830

1.377,7600

-29,1803

0

N2

g : 29,4119 l : 14,7141

-0,3007

220,2570

0,5451

-3.521,4600

5,1319

179,9600

-42,5308

0

CH4

g : 38,3870

l : -7,7071

-7,3664

102,5620

29,0981

-166,5660

-263,8490

19.750,7000

80,0679

0

H2O

g : 34,0471

l : 18,2964

-0,9651

47,2118

3,2998

-133,8780

-20,4467

1.314,2400

4,3023

0

CO g : 29,0063

l : 14,9673

0,2492

214,3970

-1,8644

-3.247,0300

47,9892

158,0420

-28,7266

0

CO2

g : 19,0223

l : 11,0417

7,9629

115,9550

-7,3707

-723,1300

37,4572

15.501,9000

-8,1330

0

O2 g : 5,9865 0,0558 0,1400 -1,0938 0,2300

C c : 11,1800 1,0950 -0,4891 0 0

Tabel LB.2 Panas Pembentukan

Komponen Hf

0 Panas Laten Temperatur Hvl () Hm Beku Didih (kkal/mol) (kal/mol) (kal/mol) (oC) (oC)

H2 0 1.334,6000 29 -259,04 -252,61

N2 0 5.577,5000 172 -209,86 -195,80

CH4 -17,8900 8.179,5000 225 -182,60 -161,40

H2O

g : -57,7960

l : -68,3150 9.729,0000 1.436 0 100,00 CO -26,4200 6.065,3000 200 -207,00 -192,00

CO2 -94,0500 16.560,9000 1.991 -56,60 -78,50

O2 0 -183,00 -218,40

C c : 0

g : 171,2910 10.994 >3.500,00 4.200

Holtz, 1988 (kkal/mol); Richard and Rousseau, 1986 (kkal/mol), Perry and Green, 1997 (kkal/mol)

Tabel LB.3 Kapasitas Panas Estimasi

Tabel LB.3 Kontribusi elemen atom untuk metode Hurst dan Herrison (kkal/kmol.0K)

Gugus Harga (J/mol.0K) Harga (kkal/mol.0K) C

H O N S Na

K

10,86 7,56 13,42 18,74 12,36 31,4 68,78

2,6009 1,8056 3,2052 4,4758 2,972

7,5 6,8737 Perry and Green, 1997

Data estimasi kapasitas panas (Cp) dalam kkal/kmol.K (Metode Hurst dan Herrison) Cp Lignoselulosa = 189,9126 kkal/kmol.0K

Cp impuritis = 63,3042 kkal/kmol.0K Cp Bio-oil = 49,5874 kkal/kmol.0K

oil

H = -280,1946 kkal/mol

1 kkal = 4,184 kj (Geankoplis,1993)

LB.1 Reaktor Pyrolisis (R-201) dan Combuster (E-203)

Gambar LB.1 Combuster (E-203)

Kapasitas panas masuk (298 K sampai 753 K)

dT

= 13.689,9057 j/mol = 13.689,9057 kj/kmol x

kj

= 3.271,9660 kkal/kmol

dT

= 20.401,7054 j/mol = 20.401,7054 kj/kmol x

kj

= 4.876,1246 kkal/kmol

dT

= 21.850,6921 j/mol = 21.850,6921 kj/kmol x

kj

= 5.222,4407 kkal/kmol

dT

= 13.396,3151 kj/kmol x

= 3.201,7961 kkal/kmol Neraca panas komponen

 CO

= 44,5089kkal/kmol

kg/kmol

= 58,5487 kkal/jam  CH4

= 5.222,4407kkal/kmol

= 11.712,9006 kkal/jam

= 3.201,7961kkal/kmol

kg/kmol

= 2.393,6689 kkal/jam

Kapasitas panas CH4 (298 K sampai 303 K) = 180,1005 kj/kmol x

kj

= 43,0451 kkal/kmol

= 31,2640 j/mol = 31,2640 kj/kmol x

kj

= 7,4723 kkal/kmol

dT = 143,9647 kj/kmol x

kj

= 34,4084 kkal/kmol

Kapasitas panas hasil pembakaran (298 K sampai 823 K)

dT

= 3.448,8655 j/mol = 3.448,8655 kj/kmol x

kj

dT

= 12.907,9728 j/mol = 12.907,9728 kj/kmol x

kj

= 3.085,0795 kkal/kmol

dT

= 23.984,8527 j/mol = 23.984,8527 kj/kmol x

kj

= 5.732,5174 kkal/kmol

9

= 5.671,6493 j/mol = 5.671,6493 kj/kmol x

kj

= 1.355,5567 kkal/kmol

dT

= 16.357,2991 j/mol = 16.357,2991 kj/kmol x

kj

= 3.909,4883 kkal/kmol

dT



= 1.355,5567 kkal/kmol + 9,729 kkal/kmol + 3.909,4883 kkal/kmol

= 5,274,7740 kkal/kmol

Reaksi pembakaran CH4 :

Udara yang dibutuhkan untuk membakar 1 kmol CH4 (udara 20 % berlebih)

= 9,0286 kmol = -212,7900 kkal/mol x

kmol mol 1 1000

= -212.790 kkal/kmol r.Hr₍₂₉₈₎ = N(CH4) _x_Hr(298)

 x (-212.790 kkal/kmol) = -212.790 kkal/kmol

= 1 kmol/jam x 43,0451 kkal/kmol = 43,0451 kkal/jam



= 2,4 kmol/jam x 7,4723 kkal/kmol = 17,9334 kkal/jam



= 9,0286 kmol/jam x 34,4084 kkal/kmol = 310,6587 kkal/jam

ΔH produk (kmol O2 : 0,4; kmol :CO2 : 1; kmol N2 : 9,0286; kmol H2O : 2)

= 0,4 kmol/jam x 824,2986 kkal/kmol = 329,7195 kkal/jam

= 9,0286 kmol/jam x 3.085,0795 kkal/kmol = 27.853,8610 kkal/jam

   

 

N x



CP dT

H_{CO CO CO} .

823

298 ) ( ₂ 2

2

= 1 kmol/jam x 5.732,5174 kkal/kmol = 5.732,5174 kkal/jam

   

 

 N x

_

Cp dT

H_{HO HO HO} .

823

298 ) ( 2 2

2

= 2 kmol/jam x 5,274,7740 kkal/kmol = 10.549,5481 kkal/jam

Panas yang dihasilkan dari pembakaran 1 kmol CH4

4

CH

Q = r.Hr₍₂₉₈₎ + ΔH produk - ΔH reaktan

= (-212.790 + 329,7195 + 27.853,8610 + 5.732,5174 + 10.549,5481 - 43,0451 - 17,9334 - 310,6587) kkal/jam

= 168.695,9913 kkal/jam Jumlah Bahan Bakar yang dibutuhkan

14 4

CH

N = 1 ₄

4

CH kmol x Q Q

CH reaktor

= 1 4

kkal/jam

13 168.695,99

kkal/jam

09 639.294,42

CH kmol x

= 3,7896 kmol 14

4

CH

F = 14

4

CH

N x

4

CH

BM

Tabel LB.4 Neraca panas pada Combuster

Komponen

Neraca Panas Masuk (kkal/jam) Neraca Panas Keluar (kkal/jam)

Alur (6) Alur (13) Alur (14)

CO _1.255,1595

CO2 _{65,8633 3.732,5174}

CH4 _43,0451

H2 _4.176,2074

H2O _{2.692,6375 10.549,5481}

N2 _{310,6587 27.853,8610}

O2 _{17,9334 329,7195}

Panas yang

dihasilkan 32.695,9913 - _40.926,913

Total _40.926,913

LB.2 Reaktor Pyrolisis (R)

Kapasitas panas alur 3 (298 K sampai 303 K)

dT Cp_{lignoselulosa}. 303 = 496,8740 kkal/kmol

dT Cp _puritis. 303 = 316,5210 kkal/kmol

Kapasitas panas alur 6 (298 K sampai 303 K)

dT

= 44,5089 kkal/kmol

Kapasitas panas alur 7 (298 K sampai 753 K)

dT = 22.607,7670 kkal/kmol

= 7.052,1334 j/mol = 7.052,1334 kj/kmol x

kj

= 1.685,5003 kkal/kmol

Neraca panas komponen  Lignoselulosa

dT Cp

x N

H_{lignoselulosa lignoselulosa lignoselulosa}. 303

= 140,2165 kkal/jam

 Impuritis

dT Cp

x N

H_{impuritis impuritis impuritis}. 303

= 316,5210kkal/kmol

=



_

= 22.607,7670kkal/kmol

kg/kmol

= 33.803,1310 kkal/jam  Arang (C)

= 1.685,5003kkal/kmol

kg/kmol

= 6.300,4013 kkal/jam

dT

= 4.876,1246kkal/kmol

kg/kmol

= 17.350,4032 kkal/jam

Panas pembentukan pada temperatur 298 K (referensi) Reaksi Umum:

-224,4675 kkal/mol + -280,1946 kkal/mol) = 249,8421 kkal/mol x

kmol mol 1 1000

= 249.842,1 kkal/kmol

r.Hr₍₂₉₈₎ = Qreaksi = (298) )

(

Hr x N _{Lignoselulosa}

 

= ₍₂₉₈₎

3 3

3

Hr x BM

F BM

F BM

F

lignin lignin

sa hemiselulo

sa hemiselulo

selulosa selulosa

 

    

  

 



=

) 1 (

kg/kmol 194,1443

/ 145,1423 kg/kmol

132,1163 / 98,7701 kg/kmol

324,2852 / 242,4242

 

   

 



 kg jam kg jam

jam kg

kkal/kmol 249.842,1

x

= 560.337,0076 kkal/jam

Qproduk = ΔH

= 78.957,4133 kkal/jam

Qout = Qreaksi + Qproduk

= 560.337,0076 + 78.957,4133 = 639.294,4209 kkal/jam

Panas reaksi yang terjadi secara keseluruhan (Qreaktor) :

ΔQ QoutQin

ΔQreaktor = 560.337,0076 + 33.803,1310 + 6.300,4013 + 7.338,3596 + 58,5487

Tabel LB.4 Neraca panas pada Reaktor Pirolisis

Komponen

Neraca Panas Masuk (kkal/jam) Neraca Panas Keluar (kkal/jam)

Alur (3) Alur (5) Alur (6) Alur (7) Alur (15)

osa

Lignoselul (C10H12O4)10 _387,1841

CO

CO2 _{3.732,5174 65,8633 3.732,5174}

CH4 _43,0451

H2 _4.176,2074

H2O _{10.549,5481 2.692,6375 10.549,5481}

N2 _{21,5586 27.853,8610 27.853,8610 27.853,8610}

O2 _{329,7195 329,7195 329,7195}

Panas yang dihasilkan _711.034,5701

712.080,1185 712.080,1185

Total

LB.3 Cooler (E-204)

Gambar LB.2 Cooler Neraca Panas Total

Q H

H8  7 

dT = 8.446,8580 kkal/kmol

dT

= 2.489,5845 j/mol = 2.489,5845 kj/kmol x

kj

= 595,0250 kkal/kmol

dT

= 4.986,1959 j/mol = 4.986,1959 kj/kmol x

kj

= 1.191,7294 kkal/kmol

dT

= 6.892,8930 kj/kmol x

= 1.647,4410 kkal/kmol

dT

= 6.782,6523 j/mol = 6.782,6523 kj/kmol x

kj

= 1.621,0928 kkal/kmol

dT = 4.972,4133 kj/kmol x

kj

= 1.188,4353 kkal/kmol

=



_

= 8.446,8580kkal/kmol

kg/kmol 162,1426

kg/jam 242,4356

x

= 12.629,7413 kkal/jam  Karbon Aktif (C)

= 595,0250kkal/kmol

kg/kmol

= 2.224,2039 kkal/jam

 CO

= 1.191,7294kkal/kmol

kg/kmol 28,0105

kg/jam 62,8219

x

= 2.672,8086 kkal/jam  CO2

= 1.647,4410kkal/kmol

kg/kmol 44,0147

kg/jam 98,7162

x

 CH4

= 1.621,0928kkal/kmol

kg/kmol

= 3.635,7902 kkal/jam  H2

= 1.188,4353kkal/kmol

kg/kmol

= 888,4765 kkal/jam

Panas yang harus diserap oleh air pendingin : 7

8 H H

Q  

Q = (12.629,7413 + 2.224,2039 + 2.672,8086 + 3.694,8818 + 3.635,7902 + 888,4765 - 33.803,1310 - 6.300,4013 – 7.338,3596 - 17.350,4032

- 11.712,9006 - 2.393,6689 ) kkal/jam

= -53.152,9623 kkal/jam ( “–“ artinya pengeluaran panas ke air pendingin) Jumlah air pendingin yang dibutuhkan :

9 3

3 5

10 . / 24 , 314 . 1 3

303 333 10 . / 878 ,

133  _ 

  



 



 J molKx J molKx

0 4

303 3334 4

    



 

= 2.256,1003 j/mol = 2.256,1003 kj/kmol x

kj kkal 184 , 4

1

= 539,9379 kkal/kmol

53.152,9623 kkal/jam = _   

  

kmol kg F_HO

/ 016 , 18

8 2

x 539,9379 kkal/kmol

7 2O

H

F = 1.672,2946 kg/jam

Tabel LB.5 Panas Pada Cooler

LB.3 Condenser (E-207)

Gambar LB.3 Condenser Neraca Panas Total

Q H H11  10

Kapasitas panas alur 11 (298 K sampai 303 K)

Senyawa Panas Masuk (Kkal/jam) Panas Keluar (Kkal/jam)

Alur 7 Alur 8

Umpan 78.898,8646

Produk - 25.745,9023

Air Pendingin - 53.152,9623 -

dT = 248,4370 kkal/kmol

dT = 145,6978 kj/kmol x

kj

= 34,8226 kkal/kmol

dT = 186,2253 kj/kmol x

kj

= 44,5089 kkal/kmol

 = 180,1005 kj/kmol x

kj

= 43,0451 kkal/kmol

dT = 142,6794 kj/kmol x

kj

= 34,1012 kkal/kmol Neraca panas komponen

 Bio-oil

= 248,4370kkal/kmol

kg/kmol 162,1426

kg/jam 242,4356

x

= 371,4629 kkal/jam

=



= 34,8226kkal/kmol

kg/kmol 28,0105

kg/jam 62,8219

x

= 78,1001 kkal/jam  CO2

= 44,5089kkal/kmol

kg/kmol 44,0147

kg/jam 98,7162

x

= 99,8246 kkal/jam  CH4

= 43,0451kkal/kmol

kg/kmol

= 96,5416 kkal/jam  H2

= 34,1012kkal/kmol

= 25,4941 kkal/jam

Panas yang harus diserap oleh air pendingin : 10 - 3.694,8818 - 2.672,8086 - 3.635,7902 - 888,4765) kkal/jam

= -22.850,2751 kkal/jam ( “–“ artinya pengeluaran panas ke air pendingin) Jumlah air pendingin yang dibutuhkan :



= 2.256,1003 j/mol = 2.256,1003 kj/kmol x

kj

= 539,9379 kkal/kmol

22.850,2751 kkal/jam = _

2 _{x 539,9379 kkal/kmol}

O H F

Tabel LB.6 Panas Pada Condenser (E-207)

Senyawa Panas Masuk (Kkal/jam) Panas Keluar (Kkal/jam)

Alur 10 Alur 11

Umpan 23.521,6984 -

Produk - 671,4233

Air Pendingin -22.850,2751 -

LAMPIRAN C

PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN

LC. 1 Gudang (G)

Fungsi : Tempat penyimpanan batang jagung. Jenis : Bak persegi panjang dengan tutup. Bahan konstruksi : Beton bata dengan lantai semen. Jumlah : 4 unit.

Menghitung Ukuran Gudang (G)

Laju alir massa, F = 560,4753 kg/jam

Densitas batang jagung,  = 700 kg/m3 (Anonim, 2007) Lama penampungan = 1 bulan

Kebutuhan batang jagung (m) =

hari jam x

bulan hari x

bulan x jam

kg

1 24 1

30 1

560,4753

= 416.869,704 kg Volume batang jagung (VBj) =



m

= ₃

/ 700

4 416.869,70

m kg

kg

= 595,5281 m3

Faktor kelonggaran, fk = 20 %, maka (Perry, 1999)

Volume ruang (V) = (1 + fk) x VBj

= (1 + 0,2) x 595,5281 m3 = 893,2921 m3

Direncanakan gudang dibuat 4 unit, maka VG :

VG =

4 m 893,2921 3

= 223,3230 m3

VG = z x l x h

= 2,5 h x2 h xh = 5 h3

h = 3 5

G V

= 3

3

5 223,3230 m

= 3,5480 m maka,

z = 2,5 h

= 2,5 x 3,5480 m = 8,87 m

l = 2 h

= 2 x 3,5480 m = 7,096 m

Sehingga, ukuran gudang sebagai berikut : z = Panjang = 8,87 m

l = Lebar = 7,096 m h = Tinggi = 3,5480 m

LC.2 Bak Penampungan (BK-101)

Fungsi : Tempat batang jagung sebelum masuk ke Knife Cutter (KC). Jenis : Bak dengan dengan lantai semen

Konstruksi : Beton bata kedap air Jumlah : 1 Unit

Menghitung Ukuran Bak

Laju alir massa (F) = 560,4753 kg/jam

Densitas ampas tebu ( 700 kg/m3 _{( Anonoim, 2007 )}

Lama Penampungan = 24 Jam

Faktor keamanan (fk) = 20 % ( Perry, 1997 )

Sehingga

= 13.895,6568 kg Volume bak (Vb)

 W f ). (1 k 

3 kg/m 700

kg) 68 (13.895,65 0,2)

(1 

= 23,8211 m3 Dimensi bak

Diambil :

Panjang bak (P) 5 x tinggibak (t) Lebar bak (L) 4 x tinggibak (t) Maka:

V  P . L. t

V  (5t)(4t)(t) V  20t3

t 3 20

V



3

3

20 m 23,8211 

= 1,0600

Sehingga, dari ukuran tinggi bak (t) di dapat dimensi lainnya sebagai berikut: P = 5 t

= 5 1,0600 m = 5,3 m L = 4 t

LC.3 Bucket Elevator (BE – 102)

Fungsi : Sebagai alat untuk mengangkut batang jagung dari bak batang jagung ke Knife Cutter (KC)

Jenis : Vertical transport Bahan konstruksi : Carbon Steel Kondisi Operasi : 30 oC ; 1 atm Laju alir bahan baku : 560,4753 kg/jam Jumlah alat : 1 (satu) buah Faktor kelonggaran : 20 %

Kapasitas alat =



10,2



x560,4753 kg/ jam = 694,7828 kg/jam = 0,695 ton/jam Dari Tabel 21 – 7 Perry, 1999, untuk kapasitas 0,695 ton/jam diperoleh : Kecepatan Belt = 200 ft/menit

Lebar Belt = 14 ft = 4,2672 m Panjang Belt = 20 ft = 6,096 m Tinggi Belt = L. Sin. ά

= 20 Sin 20 = 6,84 ft

Power Bucket Elevator = V (L.0,0025 + H. 0,001) C

Power Bucket Elevator = 14,3772 ( 20 x 0,0025 + 6,84 x 0,001) 2,5

= 2,04 Hp

Efisiensi Motor = 80 % Hp motor = 2,04/0,8

= 2,5 Hp

Dimana :

V = Kapasitas belt L = Panjang belt H = Tinggi belt

LC.4 Knife Cutter (KC-103)

Fungsi : Mengecilkan ukuran batang jagung sebelum masuk kedalam Vibrating screen.

Jenis : Rotary knife Bahan konstruksi : Baja karbon Jumlah : 1 Unit

Asumsi diameter awal umpan (batang jagung) = 100 mm = 100.000 m Diameter akhir setelah proses = 1 mm = 1000 m

Dari persamaan 12.3 (Walas, 1988) )

/ 1 / 1 (

10Wi d di

W  

Dimana : di = diameter awal umpan

d = diameter akhir umpan Wi = tegangan dari material

Berdasarkan tabel 12.2 dipilih untuk semua material

Wi = 13,81 (Walas, 1988)

Maka )

000 . 100

1 100

1 ( 81 , 13

10 

 x

W

= 138,1 Kw x 0,0968 Hp/Kw = 13,3733 Hp. = 14 Hp

LC.5 Vibrating Screen (VS-104)

Fungsi : Menyaring batang jagung yang telah dihaluskan oleh Knife Cutter (KC) sampai 1 mm.

Jenis : Heavy duty vibrating screen. Bahan screen : High alloy steel SA 240 (304). Bahan konstruksi : Carbon steel SA 285 (C) Jumlah : 1 unit.

Screen (VS)Menentukan Ukuran Vibrating

Laju alir massa batang jagung (FBj3) = 0,5605 ton/jam

Faktor kelonggaran (fk) = 20 % (Perry and Green, 1997)

Kapasitas (K) = FBj3 (1 + fk)

= 0,5605 ton/jam (1 + 0,2) = 0,6947 ton/jam

Diamater lubang ayakan (z) untuk partikel 1 mm.

z = 0,0040 in (Perry and Green, 1997)

= 0,0040 in x 0,0833 ft/in = 0,0003 ft

Kapasitas standart Vibrating Screen (VS), s = 6 ton/ft3 (Perry and Green, 1997) Luas ayakan (A) =

s z

K x =

) ton/ft (6 ft) 0003 , 0 (

ton/jam 0,6947

3

= 385,9444 ft2 x 0,0929 m2/ft2 = 35,8542 m2

Didisain, perbandingan dari panjang ayakan (P) : lebar ayakan (L) = 2 : 1

Lebar ayakan (L) =

2 1

2

/

A      

=

2 / 1 2

2 m 35,8542

   

 

= 4,2340 m Panjang ayakan (P) = 2 L

= 2 x 4,2340 m = 8,4680 m

LC.6 Belt Conveyor (BC-105)

Fungsi : Transportasi batang jagung ke dalam reactor pyrolisis (R-201). Jenis : Rotary Vane Feeder

Bahan konstruksi : Carbon Steel Jumlah : 1unit

Bahan masuk (batang jagung) = 560,4753 kg/jam x kg

lb 1 2046 , 2

Densitas batang jagung = 700 kg/m3 x ₃ 3

/ 0185 , 16

/ 1

m kg

ft lb

= 43,6995 lb/ft3

Direncanakan dalam 1 proses cukup ditempuh 1/12 jam kerja (5 menit) Panjang screw conveyor diperkirakan = 5 m = 16,4040 ft

jam ft x

conveyer volumetrik

Laju jamkerja 701,0232 /

12 / 1

2 ft

43,6995lb/ lb/jam

1.276,4319 3

3 



= 11,6837 ft3/menit

Daya =

000 . 33 CxLxWxF

Dimana : C = kapasitas conveyor (ft3/menit) L = panjang conveyor (ft)

W = berat material (lb/ft3) = 40 lb/ft3 (Walas, 1988) F = Faktor material = 2 (Walas, 1988)

Daya = ft menit x ft x lb ft x 0,4646 Hp

000 . 33

2 /

40 4040 , 16 /

11,6837 3 3 _

LC.7 Tangki Fluidizing Gas (TK-303)

Fungsi : Menyimpan fluidizing gas sebelum diumpankan ke Reaktor Pyrolisis (R-201).

Desain : Berupa bejana (tangki) horizontal dengan tutup dan alas berbentuk segmen elips (ellipsoidal dished head).

Bahan konstruksi : Carbon steel SA 285 (A). Jumlah : 1 unit.

Menentukan Volume Tangki Fluidizing Gas (TK-303) Laju alir massa, F8 = 16,2027 kg/jam

Lama penampungan = 1 jam

Kapasitas tangki (W) = x jam jam

kg

1 16,2027

V = P

T R n

dimana:

V = volume gas (m3)

(0,4824 3

= 43,1623 m3

Menentukan Dimensi Tangki Fluidizing Gas (TK-303) Volume tutup dan alas = Diambil:

L/Di = 5/4

h/Di = 1/4

Volume tangki = volume tutup dan alas + volume silinder

Diameter tangki (Di) = 3,2625 m x 39,37 in/m

= 128,4446 in h =

4

D _i

=

4 m 3,2625

= 0,8156 m

Panjang tangki (H) = L + 2 h

= (1,25 x 3,2625 m) + 2 (0,8156 m) = 5,7093 m

Material Tangki Fluidizing Gas (TK-303) : Carbon Steel SA 285 (A), dengan: Stress yang diizinkan (S) = 11200 psi (32 oC)

Efisiensi sambungan (E) = 0,9

Faktor korosi (C) = 0,006 in/tahun (Perry and Green, 1997) Umur alat (A) = 18 tahun

Tebal Silinder (ts)

Tebal silinder (ts) = CA

P 0,6 E S

R

P _

 (Brownell and Young, 1959) Tekanan operasi maksimum dinaikkan sebesar 10 %, maka:

P = 14,6960 psi + 1,4696 psi = 16,1656 psi

ts = (0,006in/tahun)(18 tahun)

psi) (16,1656 0,6

-(0,9) psi) (11200

in/2) (128,4446 psi)

(16,1656 _

= 0,2111 in Tebal Head (th)

Bentuk head = ellipsoidal dished head

th = CA

P 0,2 E S 2

D

P _

 (Brownell and Young, 1959)

= (0,006 in/tahun)(18 tahun)

psi) (16,1656 0,2

-(0,9) psi) (11200 2

in) (128,4446 psi)

(16,1656 _

LC.8 Compressor (C-202)

Fungsi : Menyuplai fluidizing gas dari tangki fluidizing gas ke dalam Reaktor Pyrolisis (R-201).

Jenis : Centrifugal compressor. Bahan konstruksi : Carbon steel SA 515 (70). Jumlah : 1 unit.

Menentukan Daya Compressor (C-202) Temperatur masuk (T1) = 30 oC

Temperatur keluar (T2) = 30 oC

Tekanan masuk (P1) = 1 atm

Tekanan keluar (P2) = 4 atm

Laju alir massa, F8 = 16,2027 kg/jam Densitas FG (FG) = 1,5070 kg/m3

Laju alir volume fluidizing gas masuk (V1) :

V1 =

FG 8 FG  F _

  ₃

kg/m 1,5070

kg/jam

16,2027 _

 = 85,2319 m3/jam

Laju alir volume udara keluar (V2) :

Proses yang terjadi adalah isothermal (temperatur konstan), sehingga persamaan Boyle Gay Lussac dalam persamaan gas ideal, adalah P1.V1 = P2.V2 (Walas,1988).

V2 = 1

2 1

V P P

     

= 85,2319 m /jam atm

4 atm

1 3

x    

 

= 17,0464 m3/jam

Kerja kompresor sentrifugal (Ws):

Ws = 

    

1 2 1

ln

P P P

= _   

 

atm 1

atm 4 ln kg/m 1,5070

atm 1

3

= 0,6636 atm.m3/kg x

atm 1

N/m 10 x

1,0133 5 2

= 67.242,588 N.m/kg = 67.242,588 J/kg Daya kompresor (P):

Efisiensi kompresor () = 80 % (Perry and Green, 1997)

P = 

8 Gas

.F W_s

=

8 , 0

kg/jam 16,2027 x

J/kg 67.242,588

= 4,8666 x 106 J/jam = 1.351,833 J/detik = 1.351,833 W x

kW HP x

W kW

7457 , 0

1 1000

1

= 1,8128 HP

LC.9 Combuster (E-203)

Fungsi : Untuk memanaskan reaktor sampai suhu 480 0C (753 K). Kondisi Operasi:

Suhu Umpan : 303 K Suhu Ref : 298 K Tekanan : 1 atm Panas yang dibutuhkan :

Q = 639.294,4209 kkal/jam

kkal kal x

kal btu x

1 1000 16

, 252

1

Metode Perhitungan Metode Lobo Evans (Kern, 1950) Ketentuan:

1. Suhu rata-rata tube = suhu reaktor + aproach (dipakai aproach 50 K) Maka suhu rata-rata tube, Ts = 753 + 50

= 803 K

= 986 oF

2. Efisiensi panas overall diperkirakan 60%

3. Flux panas rata-rata pada seksi radiasi 1200 Btu/Jam.ft2 (Kern, 1950) Total panas yang dibutuhkan, Qt = Q/60%

=

% 60

Btu/jam

926 2.535.272,

= 4.225.454,876 Btu/jam = 4,2254 MBtu/jam

Fuel gas pada 25 % excess udara, fig 1.6 evans dicatat 1010 lb/MBtu Jadi kebutuhan gas = Qt x 1010 lb/Mbtu

= 4,2254 MBtu/jam x 1010 lb/Mbtu = 4.267,654 lb/jam

=

s/jam 3600

lb/jam 4.267,654

= 1,1854 lb/s Spesifikasi pipa yang dipakai:

Diameter luar, (OD) = 3,5 in Diameter dalam, (OD) = 2,9 in Nominal size = 3 in Schedule number = 80 Panjang pipa, (L) = 20 ft

Area permukaan, transfer panas setiap pipa, (At): At = OD .L

12

. 

     

= .20

12 5 , 3 . 14 ,

3 

    

Perkiraan jumlah tube yang dibutuhkan, (Nt) Nt =

At flux

Qt

.

= ₂

ft 18,3167 1200

Btu/jam

876 4.225.454,



= 192,2405 tube

Dipakai jumlah tube, (Nt) 192 tube dengan Single Row Arrangement Sehingga Combuster dapat digambarkan:

Pitch (jarak antar pipa), (PT) dipakai 1,5 x OD PT = 1,5 x 3,5

= 5,25 in Ukuran Combuster : 1. Tinggi Combuster, (H)

H = OD x 56 + (56-1) x (PT – OD) = 3,5 x 56 + 55 x (5,25 – 3,5)

=

ft in

in / 12

25 , 292

(1 ft = 12 in)

= 24,3542 ft

Dipakai over design 10%, maka tinggi furnace: H = 1,1 x 24,3542 ft

= 26,7896 ft

Maka dipakai tinggi furnace 27 ft 2. Panjang Combuster, (L)

L = OD x 80 + (80-1) x (PT – OD) = 3,5 x 80 + 79 x (5,25 – 3,5) =

ft in

in / 12

2500 , 418

= 34,8542 ft

Dipakai over design 10%, maka panjang furnace: L = 1,1 x 34,8542 ft

= 38,3396 ft

3. Lebar Combuster, (l) = Panjang pipa = 20 ft Permukaan Dingin Ekivalen, (Acp)

Acp =

ft in PT

/

12 x Panjang pipa =

ft in

in / 12

2500 , 5

x 20 ft

= 8,7500 ft2 PT/OD = 1,5 in

Dari fig 19.11 (Kern, 1950), untuk Single Row Arrangement diperoleh: α = 0,975

α. Acp setiap tube = 0,975 x 8,7500 ft2

= 8,5313 ft2

α. Acp = Nt x α. Acp setiap tube

= 192 x 8,5313 ft2

= 1.639,0096 ft2 Area Refractory:

1. Dinding samping = 2 x H x l = 2 x 27 x 20 = 1.080 ft2 2. Lantai dan Atas = 2 x L x l = 2 x 38 x 20 = 1.520 ft2 3. End Wall

= 2 x H x L = 2 x 27 x 38 = 2.052 ft2

Total Area Reafractory, (Ar) = 4.652 ft2 Corrected Refractory Surface, (AR)

AR = Ar - α. Acp

= 3.012,9904 ft2 1,8383 . _cp 

R

A A 

Mean Beam Length: Dimensi furnace = l x L x H

= 20 ft x 38 x 27 ft = 20.520 ft3

Ratio dimensi = 4 : 7,6 : 5,4

Dari tabel 19.1 (Kern,1950) untuk rectangular furnace Mean length, _L_2/33 _{volumefurnace}

Volume = 20 ft x 38 ft x 27 ft = 20.520 ft3

Diperoleh Mean length, = 3

20.520 3

2

= 18,2516 ft

Dipakai Flame Emissivity _G 0,4999 (Kern, 1950) Overall, Exchange Factor,   fungsi

_G0,4999dan 1,8383 . _cp 

R

A A 

dari fig. 19.15 (Kern, 1950) diperoleh  0,7 Check suhu gas diperlukan:

Suhu Cold Surface (pipa), Ts = 986 oF

 .A_cp.

Q

=

7 , 0 f 1.639,0096

Btu/jam

926 2.535.272,

2_

t

= 2209,7604 Btu/jam.ft2

Dari fig 19.14 (Kern,1950) diperoleh suhu flue gas dibutuhkan, Tg = 1470 F (pada radian section)

Penentuan tebal dinding Combuster: Dinding furnace berupa Refractory Brick Konduktivitas, (k) pada 1470 F:

Dipakai suhu permukaan dinding luar = 200 oC atau 392 oF

Untuk menghemat panas, suhu masih cukup tinggi sehingga disekitar furnace diberi pengaman.

Panas Hilang, (Qloss)

Qloss =

X k 

 392) 1470 (

=

X 

 392) 0,7 1470

(

= 2

Btu/Jam.ft 754,6000

X



Panas hilang secara konveksi alamiah ke lingkungan Qloss = (hc+hr) (392-86)

hr = Koefisien transfer panas radiasi ke lingkungan.

dibaca dari fig 10.7 (Perry,1984)

sehingga diperoleh hr pada 392 F = 2,7 Btu/J.ft2.oF

hc = 0,28 (392- 86)0,25 L-0,25 persamaan 10.34 (Perry,1984) untuk vertical surface L = mean beam length = 14,48 ft

hc = 0,28 (392- 86)0,25 14,48-0,25 = 0,6003 Btu/Jam.ft2.oF

hc = koefisien transfer panas konveksi ke lingkungan

Qloss = (0,6003 + 2,7) (392-86) = 1010,0535 Btu/Jam.ft2 Tebal dinding, (∆X)

∆X =

1010,0535 6000 , 754

= 0,7471 ft = 0,7471 ft x

ft in 1 12

= 8,9651 in

= 0,7471 ft x

ft m 2808 , 3

1

= 0,2277 m = 22,77 cm

Fungsi : memanaskan remah jagung (corn stover) pada suhu 480 oC sehingga terbentuk bio-oil, gas, dan arang.

Jenis : fluidized bed Tank Reaktor

Desain : silinder tegak dengan alas datar dan tutup tutup ellipsoidal Bahan konstruksi : High alloy steel SA 285 grade A

Jumlah : 1 unit.

Temperatur masuk = 30 oC = 303 K Temperatur keluar = 480 oC = 753 K

Tekanan operasi = 405,3 kPa = 4 atm = 58,784 psia Reaksi yang terjadi:

Laju alir massa = 487,0020 kg/jam Densitas Campuran (campuran) = %

= 2,0539 kg/m3

Waktu tinggal () reactor = 2 dtk (Hambali,2007) Faktor keamanan = 20 %

Perhitungan

a. Volume bahan,

Volume bahan (Vl) = υ0 x 

= 487,0020 kg/jam x 0,0006 jam = 0,3022 m3

Faktor kelonggaran = 20% Volume tangki, Vt = V1  1,2

= 0,3022  1,2 = 0,3626 m3 b. Tinggi tangki dengan diameter tangki  Volume shell tangki (Vs) :

Vs = /4  Ds2Hs Asumsi: Ds : Hs = 2 : 3

Vs = 3/8  Ds3

(C10H12O4)10 6,203C3H8O(l)+ 66,976C+ 6,404CO2 + 3,852CO +4,159CH4+

9,734H2 + 17,136 H2O

 Volume tutup tangki (Ve)

Ve = /6  Ds2He Asumsi: Ds : He = 4 : 1

Ve = /24  Ds3

 Volume tangki (V) Vt = Vs + Ve Vt = 10/24  Ds3

0,3626 m3 = 10/24  Ds3 Ds = 0,9659 m = 38,0276 in Hs = 1,4488 m

c. Diameter dan tinggi tutup

Diameter tutup = diameter tangki = 0,9659 m Tinggi head, He = ¼ x Ds = 0,2415 m

Jadi total tinggi tangki, Ht = Hs + He = 1,6903 m d. Tebal shell tangki

t =

( . , ) + C dimana :

t = tebal shell (in) P = tekanan desain (psi)

R= jari-jari dalam tangki (in) = D/2

S = Allowable working stress = 13700 psia (Peters et.,al,.2004) C = Corrosion allowance = 0,0125 in/tahun (Peters et.,al,.2004) E = efisiensi sambungan = 0,85 (Peters et.,al,.2004) n = umur tangki = 10 tahun

Volume bahan (Vl) = 0,3022 m3

Volume tangki, Vt = 0,3626 m3 Tinggi larutan dalam tangki = ,

, 1,6903 m = 1,4087 m

Tekanan Hidrosatatik P Hidrosatatik = ρ x g x h

Maka Pdesain = (1 + 0,2) x (P hidrosatatik + P0)

= (1 + 0,2) x (4,1573 psia+ 58,784 psia) = 75,5296 psia

Tebal shell tangki : =

( . , )+

t = 75,5296 x 38,0276

2 ( 13700psia x 0,85 -0,6 x 75,5296)+ 10 tahun x 0,0125

t = 0,249

Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,249 in

Maka tebal shell standar yang digunakan = ¼ in (Brownell & Young,1959)

LC.11 Cooler (E-204)

Fungsi : Mendinginkan gas yang berasal dari Reaktor Pyrolisis (R-201) sebelum masuk ke Cyclone (C) menggunakan air pendingin. Jenis : Double pipe heat exchanger.

Desain : 1(1/4) x 2 in IPS (Sch. 40), 3 hairpain, panjang total (L) 90 ft. Bahan konstruksi : Low alloy steel SA 202 (A).

Jumlah : 1 unit.

Referensi perhitungan dari Kern, 1965. (1). Neraca Panas

Panas masuk (H7) + Air Pendingin = Panas keluar (H8) 78.898,8646 kkal/jam + (-53.152,9623 kkal/jam) = 25.745,9023 kkal/jam Maka,

Fluida panas (gas): Qfluida panas  H7

Qfluida panas 78.898,8646 kkal/jam

kkal 0,25216

Btu 1 x jam kkal 6 78.898,864 

= 312.892,0709 Btu/jam

kg

= 1.404,0971 lb/jam Temperatur awal (T1) = 480 oC = 896 oF

Temperatur akhir (T2) = 195 oC = 383 oF

Fluida dingin (air pendingin):

Qfluida dingin 53.152,9623 kkal/jam

= 210.790,6183 Btu/jam Temperatur awal (t1) = 30 oC = 86 oF

Temperatur akhir (t2) = 140 oC = 284 oF

Tabel LC.1 Temperatur Fluida Panas dan Dingin Cooler (E-204)

Fluida panas (oF) Temperatur fluida Fluida dingin (oF) Selisih (oF)

896 Temperatur tinggi 284 612

383 Temperatur rendah 86 297

513 Selisih 198 315

(2). Perhitungan LMTD Aliran CounterCurrent

)]

2 F ) 383 (896 o 

F 5 , 639 o 

c t

2 2 1 t t  

2 F ) 284 (86 o 

F 185o 

Penempatan Fluida

Aliran massa gas lebih besar dibandingkan dengan air pendingin, sehingga: Fluida dingin (air pendingin) dalam pipa (pipe side)

Fluida panas (gas) dalam anulus (annulus side) Pipa : fluida panas (gas)

(4). Luas Aliran (ap)

D 1,3800in (Tabel 11,Kern 1965)

in 12

ft 1 x in 1,3800 

ft 0,1150 

ap

4 2

D

 

4 ft) (0,1150

3,14 2



2 ft 0,0104 

(5). Kecepatan Massa (Gp)

p G

p

a w



dimana : w = F10

p

G ₂

ft 0,0104

lb/jam 1.404,0971 

2 lb/jam.ft 3365

, 009 . 135

(6). Pada t = 185 oF

0,1150 2



4

) 0,1383 (0,1723

3,14 2 2



2 ft 0,0083 

De

1 2 1 2

2 )

( D

D D  

0,1383 ) 0,1383 0,1723

( 2 _ 2



ft 0,0761 

(5'). Kecepatan Massa (Ga)

Ga

a a W 

dimana : W = F10

Ga ₂

ft 0,0083

lb/jam 1.404,0971 

= 169.168,3253 lb/jam ft2 (6'). Pada T = 639,5 oF

  0,0549cp     (Figure 15, Kern 1965)

cp 1

lb/jam.ft 2,42

x cp 0,0549 

lb/jam.ft 0,1329



e Re

 a e.G D 

lb/jam.ft 0,1329

lb/jam.ft

53 169.168,32 x

ft

0,0761 2



= 96.867,6415

(7'). L/D15ft/0,0761ft= 196,9821  197

jH  210 (Figure 24, Kern 1965)

(8'). Pada T = 639,5 oF

3

253,8926 2 o

 596,2945 o 

253,8926 2 o

F

(11). Koefisien Keseluruhan Bersih (UC)

UC (12). Koefisien Keseluruhan Desain (UD)

(13). Luas Permukaan yang Dibutuhkan (A)

Dari Tabel 11 untuk 1(1/4) in IPS, luas permukaan luar per ft panjang = 0,4350 ft2/ft

Panjang yang dibutuhkan

/ft

Hairpain

ft)

Koefisien desain aktual (UD):

UD (29,3823



(1). Untuk Rep = 13.800,015 0 (aliran turbulen) Anulus : fluida dingin (air pandingin)

(1'). De’ untuk Pressure Drop Berbeda dengan Heat Transfer

0,0339 2



= 0,0077 s  0,9570

LC.12 Cyclone (CY-205)

Fungsi : Memisahkan karbon aktif yang masih ada pada gas yang berasal dari Reaktor Pyrolysis

Jenis : Duclone collector A-A. Bahan konstruksi : Carbon steel SA 515 (70). Jumlah : 1 unit.

Menentukan Dimensi Cyclone (CY-205) Dpc =

) ( π 2

9 s c e

c   

 v N

B

(Perry , 1997)

dimana:

Dpc : ukuran diameter partikel yang bisa lolos dari ayakan (ft)

Dp : ukuran diameter partikel yang tidak diizinkan lolos (ft)

Bc : lebar inlet dust (ft)

Ne : efektivitas dari Cyclone

vc : kecepatan gas masuk Cyclone (ft/s)

 : viskositas gas (lb/ft.s) s : densitas material abu (lb/ft3)

 : densitas gas (lb/ft3) c : diameter Cyclone (ft)

Dari Perry and Green (1997) data yang dibutuhkan: Ne = 2

Dp = 0,0003 ft

vc = 50 ft/s

cyclone = 0,99

Dp/Dpc = 5

Dpc = Dp/5

= 5

ft 0,0003

Material Cyclone yang masuk: Gas = 6,9532 kg/jam

Karbon aktif (C) = 237,6360 kg/jam Data densitas:

Gas = 0,0015 gr/cm3 x ₃

3

/ 1

/ 43 , 62

cm gr

ft lb

= 0,0941 lb/ft3

carbon aktif = 2,2670 g/cm3 x ₃

3

/ 1

/ 43 , 62

cm gr

ft lb

= 141,5288 lb/ft3

(http://www.springerlink.com/index/ T7G47714-description.html, 2002) Gas pada 195 oC = 0,0149 cp x 0,0007 (lb/ft.s)/cp

= 0,00001 lb/ft.s (Kern, 1965)

Dpc =

) ( π 2

9 s c e

c   

 v N

B

0,00006 =

) 0,0941 141,5288

( ) 50 ( ) 2 ( ) 14 , 3 ( 2

) 00001 , 0 (

9 c



B

Bc = 1,8837 ft = 0,5742 m

Dc = 4 Bc

= 4 x 1,8837 ft

= 7,5349 ft = 2,2967 m

Sehingga dari perhitungan di atas, maka dapat diketahui data desain Cyclone lainnya, yaitu:

De = 0,500Dc = 0,500 x 7,5349 ft = 3,7675 ft = 1,1483 m

Hc = 0,500Dc = 0,500 x 7,5349 ft = 3,7675 ft = 1,1483 m

Lc = 2,000Dc = 2,000 x 7,5349 ft = 15,0699 ft = 4,5934 m

Sc = 0,125Dc = 0,125 x 7,5349 ft = 0,9419 ft = 0,2871 m

Zc = 2,000Dc = 2,000 x 7,5349 ft = 15,0699 ft = 4,5934 m

Jc = 0,250Dc = 0,250 x 7,5349 ft = 1,8837 ft = 0,5742 m

Menghitung PressureDrop pada Cyclone

dimana:

Pi = pressure drop (in H2O)

 = densitas gas (lb/ft3) vc = kecepatan gas (ft/s)

Kecepatan gas masuk Cyclone = 20 s/d 70 ft/s (Perry and Green, 1997) Desain umumnya menggunakan kecepatan (vc) = 50 ft/s

Pi = 0,013 x 0,0941 lb/ft3 x (50 ft/s)2

= 3,0577 lb/ft.s2

= 3,0577 in H2O x 0,0361 psi/in H2O

= 0,1104 psi

LC. 13 Tangki Penampung Arang (TK-206)

Fungsi : Tempat menampung arang hasil pemisahan dari cyclone Jenis : Tangki berbentuk silinder, alas berbentuk kronis dan tutup

berbentuk datar Bahan konstruksi : Carbon Steel SA-333 Jumlah : 1 unit.

Laju alir massa, F = 237,6360 kg/jam

Densitas arang,  = 2,2670 gr/cm3 = 2.267 kg/m3 (Roberts, 1992) Lama penampungan = 7 hari

Kebutuhan arang (m) =

hari jam harix

x jam

kg

1 24 7

237,6360

= 7.542,78 kg Volume arang (VA) =



m

= ₃

/ 267 . 2

7.542,78

m kg

kg

= 3,3272 m3 Faktor kelonggaran, fk = 20 %, maka

Volume Tangki (V) = (1 + fk) x VA

Tangki dirancang berbentuk silinder tegak, perbandingan tinggi silinder dengan diameter silinder 3 : 4

Volume silinder, V1 = xD xhi

2 4 

; hi = D

3 4

(Hesse,1959)

= D x D 3 4 4

2 

= 1,0467 D3

Volume konis, V2 = x ( D2 + D x m + m2 ) * h2 (Hesse,1959)

Tinggi konis, h2 = tg  x (D-m) (Hesse,1959)

m = D, maka :

h2 =

( )

= , ( ) = 0,2175 D

Sehingga : V2 = x



D2 + D 1 ₄D +  1 ₄D2





0,2175 D



= 0,1255 D3 Volume tangki = V1 + V2

3,9926 m3 = 1,0467 D3 + 0,1255 D3 3,9926 m3 = 1,1722 D3

D = 3

3

1,1722 m 3,9926

D = 1,5046 m D = 1,5046 m x

m in 0254 , 0

1

= 59,2362 in

r D

2 1

 x 59,2362 in 29,6181in 2

1 _



= x 59,2362 in

= 78,9816 in x in

m 1 0254 , 0

= 2,0061 m

h2 = 0,22 x D

= 0,22 x 59,2362 in = 13,0320 in x

in m 1 0254 , 0

= 0,3310 m

Tinggi tutup dished head

Asumsi dished head adalah Stainless Steel, E=1 Crown radius, Rc = D – 6 in

= 59,2362 in – 6 in = 53,2362 in

Tinggi tutup, h3 =

 



      

4 2

2 D

Rc Rc

=









_

  

   

4 59,2362

53,2362

53,2362

2

2 in

in in

= 7,6844 in x in

m 1 0254 , 0

= 0,1952 m Tinggi tangki total, H = h1 + h2 + h3

= 78,9816 in + 13,0320 in + 7,6844 in = 99,698 in x

in m 1 0254 , 0

= 2,5323 m

Tekanan disain, PD =  x ( H-1 ) (Brownell,1969)

= 2.267 kg/m3 x (2,5323 – 1 ) m = 3,4737 kg/m2 x ₂

kg/m 1

= 4,9407 psi Tekanan total disain,

Pt = PD + 14,7 psi

= 4,9407 psi + 14,7 psi = 19,6407 psi

Tebal plat minimum, Cn

P 0,6 FE 2

D 0,2 x P t

t t

t  _  (Brownell,1969)

Dimana :

Pt = Tekanan total disain = 19,6407 psi

D = Diameter tangki = 59,2362 in

E = Efisiensi sambungan = 85 % (Hesse,1969) F = allowable stress = 11.700 psi (Brownell,1969) C = faktor korosi = 0,06 in (Brownell,1969) N = umur alat = 20 tahun

Jadi, tt =



 



inx tahun

psi x

psix x

in x

psix

20 06 , 0 19,6407

6 , 0 85 , 0 700 . 11 2

2362 , 59 2 , 0

19,6407 _



= 1,2117 in x in 1

m 0254 , 0

= 0,0308 m Spesifikasi tangki :

 Diameter tangki = 1,5046 m  Tinggi tangki = 2,5323m  Tebal tangki = 0,0308 m  Tinggi tutup = 0,1952m  Tinggi konis = 0,3310 m

LC.14 Condensor (E-207)

Fungsi : menurunkan temperatur serta merubah fasa uap sebagian produk reaktor menjadi fasa cair

Fluida Panas : Produk reaktor (Shell)

W1 = 441,4507 Kg/jam = 973,2373 lb/jam

T1 = 195 °C = 383 °F

T2 = 30 °C = 86 °F

Fluida Dingin : Air (Tube)

W1 = 762,4406 kg/jam = 1.680,9026 lb/jam

t1 = 29,9 °C = 85,82 °F

t2 = 90 °C = 194 °F

Perhitungan design sesuai dengan literatur pada Kern 1. Beban Panas Condenser

Q = 22.850,2751 Kkal/jam = 90.618,1595 Btu/jam 2. LTMD

Fluida Panas Fluida Dingin Selisih

383 °F Suhu tinggi 194 °F Δt2

: 189 °F

86 °F Suhu rendah 85,82 °F Δt1

: 0,18 °F 297 °F ΔT Selisih Δt 108,18 °F 188,82 °F

LMTD (Δt)=

   

  

1 2

1 2

t / t ( ln

t -t

=

   

  

F 0,18 / F (189 ln

F 0,18 -F 189

3. Tv = T avg = 0,5 (T2 + T1)

= 0,5 (383 °F + 86 °F) = 234,5 °F

ta = t avg = 0,5 (t2 + t1)

= 0,5 (194 °F + 85,82 °F) = 139,91 °F

a. Trial UD (5 s/d 75) (Tabel 8, Kern)

Asumsi UD = 15,0000 Btu/jam.ft².°F

A =

t . U

Q D 

(Kern,1965)

=

F 27,1428 x.

F ². Btu/jam.ft 15,0000

Btu/jam

5 90.618,159

 

= 222,5714 ft²

Karena A > 200 ft2, maka digunakan 1-2 Shell & Tube (Brownell,1989) Heat Exchanger dengan ukuran : Tube side

Panjang ( L ) = 14,0000 ft

OD = 0,7500 in = 0,0625 ft

BWG = 18,0000

ID = 0,6520 in = 0,0543 ft

a't = 0,3340 in = 0,0023 ft²

a" = 0,1963 ft (Tabel 10.Kern)

Pass, n = 2

Jumlah tube (Nt) = a" x L

A

(Kern,1965)

dimana,

Nt =

ft² 0,1963 ft x 14,0000

ft² 222,5714

= 80,9881 tube

Dari tabel 9 Kern, didapat Nt yang mendekati adalah Nt = 81 tube

- Koreksi UD

= 81x 14,0000 ft x 0,1963 ft = 222,6042 ft²

UD =

t . A

Q

 (Kern,1965)

=

F 27,1428 x

ft² 222,6042

Btu/jam 5

90.618,159



= 14,9977 Btu/jam.ft².°F (koreksi memenuhi) karena nilai Ud perhitungan mendekati dengan nilai Ud asumsi,

maka data untuk shell : Shell side

ID = 13,25 in (Tabel 9. Kern)

Pitch = 1 in

De = 0,5500 in = 0,0458 ft

Baffle Space (B) = 28,0000 in

Pass, n = 1

Aliran Fluida Dingin : Air Pendingin (Tube side) Luas area laluan (a't) = 0,3340 in²

Total luas area laluan, at =

n x 144

t a' Nt x

(Kern,1965)

dimana,

Nt = 81 tube a't = 0,3340 in² n = 2

at =

2 x 144

in² 0,3340 x 81

= 0,0078 ft² Laju alir, Gt =

t a W

(Kern,1965)

dimana,

W = 1.680,9026 lb/jam at = 0,0078 ft²

Gt =

ft² 0,0078

lb/jam 1.680,9026

Densitas, ρ = 62,5000 lb/ft³

Velocity, V =

 x 3600

Gt

(Kern,1965)

=

lb/ft³ 62,5000 x

m 3600det/ja

lb/ft².jam

33 215.500,33

= 0,9578 ft/det Bilangan Reynold, Ret

Pada ta = 139,91 °F

μ = 0,7200000 cp x 2,42

= 1,7424000 lb/ft.jam

NRet =

 Gt x IDtube

(Kern,1965)

=

lb/ft.jam 1,7424000

lb/ft².jam

33 215.500,33 ft x

0,0543

= 6.715,8334

Koreksi viskositas diabaikan karena tidak signifikan, maka didapat hi dari gambar 25. kern

hi = 1.600 Btu/jam.ft².° (gambar 25. kern) hio =

OD

hi ID (Kern,1965)

=

ft 0,0625

ft 0,0543 F

². Btu/jam.ft

1.600 

= 1.390,9333 Btu/jam.ft².°F Aliran Fluida Dingin : (Shell side) ID shell = 13,25 in Suhu rata-rata = 234,5 °F Baffle spacing (B) = 28,0000 in

Pitch, Pt = 0,9375 in triangular

OD Tube = 0,7500 in = 0,0625 ft Clerance (C') = pitch – OD

= 0,1875 in = 0,0156 ft Luas area laluan (as) =

Pt x 144

B x C' x IDshell

=

in 0,9375 x 144

in 28,0000 x

in 0,1875 in x 13,25

= 0,5153 ft² Laju alir, Gs =

S a W

(Kern,1965)

dimana,

W = 1.680,9026 lb/jam as = 0,5153 ft²

Gs =

ft² 0,5153

lb/jam 1.680,9026

= 3.263,8885 lb/ft².jam Gs" =

3 2 t N . L

W

(Kern,1965)

=

3 2 (81) ft x 14

lb/jam 1.680,9026

= 6,4134 lb/ft².jam Asumsi h = ho

= 200 Btu/jam.ft².°F

tw = ( )

ho hio

ho

a v

a T t

t 



 (Kern,1965)

= (234,5 139,91)

00 2 1.390,9333

200 F

139,91 

 



= 151,8011 °F

tf =

2

w

v t

t 

(Kern,1965)

=

2

F 151,8011 F

234,5  

= 193,1506 °F

kf = 0,1140 Btu/jam.ft² (ºF/ft) (Tabel 4. kern)

sf = 1,29 (Tabel 6. kern)

μf = 0,28 (gambar 14. kern)

UC =

dimana,

hio = 1.390,9333 Btu/jam.ft².°F

= 507,8870 Btu/jam.ft².°F Dirt Factor, Rd

Rd =

dimana,

UC = 507,8870 Btu/jam.ft².°F

UD = 14,9977 Btu/jam.ft².°F

PRESSURE DROP Tube side

dimana,

f = 0,00018 ft²/in²

Gt =215.500,3333 lb/ft².jam

L = 14,0000 ft

De = 0,0458 ft

S = 1

Ф = 1

ΔPt =

1 x 1 ft x 0,0458 x 10 x 5.22

2 ft x 14,0000 x

) lb/ft².jam

33 215.500,33 (

x ft²/in² 0,00018

10

2

= 0,9790 psi

V2/ 2g = 0,2 (gambar.27 Kern)

Δ Pr = )

2 ( ) 4 (

2

g V s

n

= ) 0,2 1

2 4 ( x x = 1,6 psi

Δ PT = Δ Pt + Δ Pr (Kern,1965)

= 0,9790 psi + 1,6 psi = 2,579 psi

Δ P Allowable = 2 - 10 psi Shell side

Pada Tv = 234,5 °F

μVapor = 0,7000000 cp x 2,42 = 1,6940 lb/jam.ft

Des = 0,5500 in = 0,0458 ft

Untuk NRe =

 s

exG

D

(Kern,1965)

=

lb/ft.jam 1,6940

lb/ft².jam

3.263,8885 ft

0,0458 x

= 88,2444

Faktor friksi, f = 0,0035 (gambar.29 Kern) Densitas gas = 1,5070 lb/ft3

s =

lb/ft³ 62,5000

lb/ft³ 1,5070

N + 1 = B

L x 12

(Kern,1965)

dimana,

L = 14,0000 ft B = 28,0000 in N + 1 =

in 28,0000

ft x14,0000 12

= 6,0000 in/pases = 6,0000 bundel ID shell = 13,25 in = 1,1042 ft

Δ Ps =

s

 

.S. D x 10 x 5.22

1) (N . .D f.G

e 10

i 2

s _{(Brownell,1989)}

dimana,

f = 0,0035 ft²/in²

Gs =3.263,8885 lb/ft².jam

Di = 1,1042 ft

N + 1 = 6,0 De = 0,0458 ft

S = 0,0241

Ф = 1

=

1 x 0,0241 ft x 0,0458 x 10 x 5.22

6 ft x 1,1042 x ) lb/ft².jam

3.263,8885 (

x ft²/in² 0,0035

10

2

= 0,4287 psi Δ P Allowable = 0,4 - 2 psi

LC.15 Storage Tank (TK-302)

Fungsi : Tangki penampung produk bio-oil.

Bentuk : Tangki silinder vertikal dengan alas datar dan tutup datar. Bahan : High alloy steel SA 240 (304).

Jumlah : 2 unit Kondisi operasi :

Laju alir massa,F = 242,4242 kg/jam Lama penampungan = 15 hari Massa bio-oil (m) =

Direncanakan Storage Tank dibuat 2 unit maka volume bio-oil adalah, Volume bio-oil (V1) =

Tangki didesain berupa silinder tegak, dengan tutup dan alas berbentuk segmen datar (flat flanged), dengan: