Perhitungan Neraca Massa

(1)

LAMPIRAN A

PERHITUNGAN NERACA MASSA

A.1 Perhitungan Pendahuluan

Kapasitas produksi Gas H2 (99,99%) = 32000 ton/tahun, dengan ketentuan sebagai berikut : 1 tahun = 330 hari kerja

1 hari kerja = 24 jam Basis = 1 jam

Kapasitas pabrik tiap jam = 34.000 ton/tahun × 1.000 kg/ton × 1 tahun / 330hari × 1hari / 24 jam

= 4.292,929kg/jam

A.2 Rotary Dryer (B-101)

Fungsi : Mengeringkan umpan serbuk kayu karet sampai kandungan airnya 12 %

Konsistensi dari air dried empty fruit bunch adalah 88% = 0,88 maka air dalam serbuk kayu karet dapat diperoleh dengan rumus (Anonim, 2009) sebagai berikut:

kg/jam 13252,69 1 88 100 x 97186,4 1 -i konsistens 100 x m

F kayu karet kering 4 Air               

Neraca Massa Total F2 = F3 + F4

Neraca Massa Komponen Alur 3

Tunnel dryer dapat menghilangkan air sebanyak 10% dari berat bahan (Riegel, 1998)

jam kg 12271,01 kg/jam 110439,1 x 90% 10% F_Uap3 _air   SKK SKK

(2)

Alur 4

F2SKK = F4SKK = 97186,4 kg/jam

F2Air = (13252,69+ 12271,01) kg/jam = 25523,7 kg/jam

Tabel LA.1 Neraca Massa pada Rotary Dryer

Komponen Masuk Keluar

Aliran 2 Aliran 3 Aliran 4

SKK 97186,4 97186,4

Air 25523,7 12271,01 13252,69

Total 122710,1 12271,01 110439,1

122710,1 122710,1

A.3 Char Combustor (R-201)

Fungsi : Membakar char (arang) SKK hasil dari gasifikasi pada gasifier (R-201)

Tabel LA.2 Komposisi Serbuk Kayu Karet (basis kering) :

Komponen C H O N S Abu

% berat 49 5,87 43,97 0,3 0,09 0,86

Moisture = 50 % berat SKK

(3)

A.3.1 Menghitung Komposisi Char yang Terbentuk dari Gasifikasi SKK

Kapasitas bahan baku (SKK) = 97186,4kg (basis kering)

A.3.1.1 Karbon (C) pada char SKK

Karbon pada SKK = 49 % kapasitas bahan baku (SKK) = 47621,336 kg

a. Karbon pada gas hasil sintesa

Karbon pada gas hasil sintesa dihitung dengan rumus : Ci = (BMCi / BMi) x mi

dimana :

Ci = kandungan karbon pada komponen gas i (kg)

BMCi = berat molekul total unsur karbon dalam komponen gas i (kg/kmol) BMi = berat molekul komponen gas i (kg/kmol)

mi = massa komponen gas i (kg)

Tabel LA.3 Karbon pada Gas Sintesa

Komponen i

BMi BMCi BMCi / BMi Mi Ci

CO2 44,010 12,000 0,273 16630,892 4534,667

CO 28,010 12,000 0,428 44150,467 18914,874

CH4 16,040 12,000 0,748 8573,245 6413,889

C2H4 28,050 24,000 0,856 4965,665 4248,697

C2H6 30,070 24,000 0,798 757,541 604,662

Total kandungan karbon pada gas hasil sintesa (gasifikasi) 34716,759

Maka, karbon pada char SKK = karbon pada SKK – karbon pada gas sintesa = 12904,577 kg

A.3.1.2 Hidrogen (H) pada char SKK

Hidrogen pada SKK = 5,87 % kapasitas bahan baku (SKK) = 5704,842 kg

a. Hidrogen pada gas hasil sintesa

Hidrogen pada gas hasil sintesa dihitung dengan rumus : Hi = (BMHi / BMi) x mi

dimana :

(4)

BMHi = berat molekul total unsur hidrogen dalam komponen gas i (kg/kmol) BMi = berat molekul komponen gas i (kg/kmol)

Tabel LA.4 Hidrogen pada Gas Sintesa

Komponen i

BMi BMHi BMHi / BMi mi Hi

H2 2,020 2,020 1,000 1430,395 1430,395

CH4 16,040 4,039 0,252 85732,245 2158,918

C2H4 28,050 4,039 0,144 4965,665 715,056

C2H6 30,070 6,059 0,201 757,541 152,637

Total kandungan hidrogen pada gas hasil sintesa (gasifikasi) 4456,723 Maka,

Hidrogen pada char SKK = Hidrogen pada SKK – Hidrogen pada gas sintesa

= 1248,119 kg

A.3.1.3 Oksigen (O) pada char SKK

a. Oksigen pada SKK = 43,97 % kapasitas bahan baku (SKK) = 42732,860 kg

b. Oksigen pada gas hasil sintesa

Oksigen pada gas hasil sintesa dihitung dengan rumus : Oi = (BMOi / BMi) x mi dimana :

Oi = kandungan oksigen pada komponen gas i (kg)

BMOi = berat molekul total unsur oksigen dalam komponen gas i (kg/kmol) BMi = berat molekul komponen gas i (kg/kmol)

Tabel LA.5 Karbon pada Gas Sintesa

Komponen i

BMi BMOi BMOi / BMi mi Oi

CO2 44,010 32,000 0,727 16630,892 12092,446

CO 28,010 16,000 0,571 44150,467 25219,831

Total kandungan oksigen pada gas hasil sintesa (gasifikasi) 37323,278

Oksigen pada char SKK = Oksigen pada SKK – Oksigen pada gas sintesa = 5420,583 kg

(5)

A.3.1.4 Nitrogen (N) pada char SKK

Karena tidak ada komponen gas sintesa yang mengandung unsur N, maka Nitrogen pada char SKK sama dengan Nitrogen pada SKK.

F16N = 0,3 % kapasitas bahan baku (SKK) = 291,559 kg

F16N = 291,559 kg

A.3.1.5 Sulfur (S) pada char SKK

Karena tidak ada komponen gas sintesa yang mengandung unsur S, maka Sulfur pada char SKK sama dengan Sulfur pada SKK.

F16S = 0,09 % kapasitas bahan baku (SKK) = 87,468 kg

F16S = 87,468 kg

A.3.1.6 Abu pada char SKK

F16abu SKK = Abu SKK = 835,803 kg

A.3.2 Estimasi formula (rumus molekul) char SKK

F16total char SKK = F14C char + F14H char + F14O char + F14N char + F14S char + F14Abu char

= 20788,108 kg

Tabel LA.6 Komposisi char SKK

Komponen C H O N S Abu

berat (kg) 12904,577 1248,119 5240,583 291,559 87,468 835,803 % berat (% w) 62,077 6,004 26.075 1,403 0,421 4,021

Digunakan perbandingan antara char kayu poplar dengan char SKK BM char poplar* = BM1 = 217 g/mol

HHV char poplar* = HHV1 = 13058,170 Btu/lb *Sumber : Technical Report NREL/TP-510-37408 May 2005  Menghitung HHV char SKK (HHV2)

HHV = 146,58 x % w C + 568,78 x % w H – 51,53 x (% w O + % w N) + 29,45 x % w S – 6,58 % w Abu

(6)

Diperoleh HHV2 = 11084,163 Btu/lb

 Menghitung BM char SKK (BM2)

BM2 = (HHV2 * BM1) / HHV1

BM2 = 184,196 g/mol

Misalkan rumus molekul char SKK : CpHyOzNbStAbur Maka, p = (XC x BM2) / BM C y = (XH x BM2) / BM H p = 9,5 y = 11,06 z = (XO x BM2) / BM O b = (XN x BM2) / BM N z = 3 b = 0,18 t = (XS x BM2) / BM S r = (XAbu x BM2) / BM Abu t= 0,024 r = 0,239

Keterangan : XC, XH, XO, XN, XS, dan XAbu masing-masing adalah fraksi berat C, H, O, N, S, dan Abu.

Maka formula char SKK adalah : C9,5H11,06O3N0,18S0,024Abu0,239

A.3.3 Menghitung produk pembakaran char SKK

Reaksi pembakaran sempurna char SKK :

C9,5H11,0O3N0,18S0,02Abu0,24+10,789O29,5CO2 + 0,024SO2 + 0,09N2 + 5,53H2O + 0,239 abu 112,847 1217,510 1072,050 2,708 10,156 624,046 26,971

Char yang terbakar adalah char keluaran Cyclone (H-201) = 99,99 % char yang

dihasilkan.

Mol char yang terbakar = (0,9999 x 20788,108 kg) / 184,196 g/mol = 112,847 kmol

O2 teoritis = 10,789 x 112,847 kmol = 1217,150 kmol

Udara berlebih (excess air) sebagai pembakar = 12 % O2 dalam excess air = 112 % x 1217,150 kmol

= 1363,611 kmol = 43635,548 kg

(7)

Komponen Udara : N2 = 0,79 mol O2 = 0,21 mol

Mol udara berlebih total = 1363,611 kmol / 0,21 = 6493,385 kmol

Tabel LA.7 Aliran massa masing-masing komponen udara berlebih (excess air) Komponen Udara Kmol/jam Kg/jam

N2 5129,774 143633,677

O2 1363,611 43635,548

CO2 hasil pembakaran = 1072,050 kmol

= 1072,050 kmol x 44 kg/kmol

= 47170,178 kg

SO2 hasil pembakaran = 2,708 kmol

= 2,708 x 64 kg/kmol

= 173,333 kg

N2 hasil pembakaran = 10,156 kmol

= 10,156 kmol x 28 kg/kmol = 267,645 kg H2O hasil pembakaran = 624,046 kmol

= 624,046 x 18 kg/kmol = 11232,822 kg Abu hasil pembakaran = 26,971 kmol

= 26,971 kmol x 31 kg/kmol = 836,101 kg F6Abu = Abu hasil pembakaran

= 836,101 kg

F6CO2 = CO2 hasil pembakaran = 47170,178 kg

F6 SO2 = SO2 hasil pembakaran = 173,333 kg

F6 N2 = N2 hasil pembakaran + N2 dari udara = 143918,053 kg

F6H2O = H2O hasil pembakaran = 11232,822 kg

F6O2 = O2 excess - O2 teoritis

(8)

Tabel LA.8 Neraca Massa pada Char Combustor

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

Alur 16 Alur 11 Alur 13 Alur 6

H2O 11232,822 N2 143633,677 143918,053 O2 43635,548 4675,237 CO2 47170,178 SO2 173,333 Olivine 2616629,854 2878,581 2619508,435 MgO 3,243 3,243 Abu 718,172 Char 20786,030 2,079 Subtotal 2637415,884 2881,824 187269,225 2827569,011 Total 2827569,011 2827569,011

(9)

A.4 Gasifier (R-202)

Fungsi : Mengubah umpan serbuk kayu karet (SKK) menjadi gas sintesa (gasifikasi).

Tabel LA.9 Parameter Operasi Gasifier, Yield dan Komposisi Gas Hasil Sintesa Variabel Gasifier Nilai

Tipe Gasifier BCL (Battelle Columbus Laboratory Temperatur Operasi 1598 oF (870 oC)

Tekanan Operasi 23 psia (1,7 bar)

Steam per umpan SKK 0,39725 lb/lb SKK (basis kering) Olivine yang di-recycle 26.92652 lb/lb SKK (basis kering)

Komposisi gas sintesa % mol

H2 20,800 CO2 11,100 CO 46,300 H2O 0,000 CH4 15,700 C2H4 5,200 C2H6 0,740

Gas hasil sintesa 0,03503 lb-mol gas kering/lb SKK (basis kering)

Char yang dihasilkan 0,221 lb/lb SKK (basis kering)

Sumber : Technical Report NREL/TP-510-37408 May 2005

SKK (F4) (F5)

(F14)

(10)

A.4.1 Menghitung Aliran Massa Masing-Masing Komponen dalam Gas Hasil Sintesa

Massa SKK (basis kering) = 97186,4 kg = 214259,335 lb

Mol gas hasil sintesa : (N6total) = 0,03503 lb-mol gas kering/lb SKK (basis kering) = 0,03503 x 214259,335 lb

= 7505,504 lb-mol gas kering = 3404,439 kmol gas kering

Dari tabel di atas, aliran massa masing-masing komponen gas kering dapat dihitung dengan rumus :

mi = xi x ngas x BMi dimana :

mi = massa gas komponen i (kg) xi = fraksi mol komponen i ngas = mol gas kering (kmol)

BMi = berat molekul komponen gas i

Tabel LA.10 Aliran Massa Komponen Gas

Komponen gas xi x ngas (kmol) BMi mi (kg)

H2 708,116 2,020 1430,395 CO2 377,889 44,010 16630,892 CO 1576,239 28,010 44150,467 CH4 534,492 16,040 8573,245 C2H4 177,029 28,050 4965,665 C2H6 25,193 30,070 757,541

A.4.2 Menghitung Komponen H2O dalam Gas Sintesa (F14H2O) Kebutuhan Steam (F5) : F5H2O = 0,39725 lb/lb SKK (basis kering)

= 0,39725 x 214259,335 lb = 85114,520 lb

= 38607,297 kg Maka,

H2O dalam gas sintesa : F14H2O = F4H2O + F5H2O

= 13252,69kg + 38607,297 kg = 51859,998 kg

A.4.3 Menghitung Olivine yang di-Recycle ke Gasifier (F14olivine)

(11)

= 26,927 x 214259,335 lb = 5769361,113 lb

= 2616891,543 kg

A.4.4 Menghitung Char yang dihasilkan (F14char)

F14char = 0,221 lb/lb SKK (basis kering) = 0,221 x 214259,335 lb

= 47351,313 lb = 20788,108 kg

Tabel LA.11 Neraca Massa pada Gasifier

Komponen Masuk (kg) Keluar (kg)

Aliran 4 Aliran 5 Aliran 8 Aliran 14

H2 11443300,,339955 CO2 1166663300,,889922 CO 4444115500,,446677 H2O 13252,69 3388660077,,229977 5511885599,,999988 CH4 88557733,,224455 C2H4 44996655,,666655 C2H6 775577,,554411 Olivine 22661166889911,,554433 22661166889911,,554433 Char 2200778888,,110088 SKK 9977118866,,440000 Total 1 11100443399,,009900 3388660077,,229977 22661166889911,,554433 22776655993377,,993311 2 2776655993377,,99331 1 22776655993377,,99331 1

(12)

` A.5. Cyclone (H-201)

Fungsi : memisahkan mayoritas 99,9% olivine, abu dan MgO dari gas pembakaran

Efisiensi pemisahan partikel lainnya tergantung dengan ukuran diameter partikelnya (dp).

dpolivine = 200 µm (Fuel Processing Technology 86, 2005, 707 – 730) dpMgO = 200 µm (Fuel Processing Technology 86, 2005, 707 – 730) dpAbu = 10 µm (Technical Report NREL/TP-510-37408 May 2005) dpchar = 2 µm (Technical Report NREL/TP-510-37408 May 2005)

(Cooper, C. D., & Alley F. C, 1986) Dimana :

ηj = efisiensi pemisahan partikel (0 < η < 1)

dpc = diameter partikel dengan efisiensi pemisahan 50 % dpj = diameter partikel j (µm)

Mencari nilai dpc dengan menggunakan nilai efisiensi pemisahan olivine yang diinginkan (dpc/dpolivine)2 = (1 – ηolivine) / ηolivine

= (1 – 0,9999) / 0,9999

= 0,0001

dpc/dpolivine = 0,01

dpc = 0,01 x dpolivine

= 2 µm

Mencari efisiensi pemisahan untuk partikel MgO dan Abu ηMgO = ηolivine = 99,99 % 2 ) ( 1 1 pj pc j d d   

(13)

ηabu = 1 / [1 + (dpc / dpAbu)2] = 0,962 = 96,2 % ηchar = 1 / [1 + (dpc / dpchar)2] = 0,5 = 50 % F6Olivine = 2619508,435 kg F6Abu = 786,630 kg F6MgO = 3,243 kg F6char = 2,079 kg F8Olivine = 0,999 x F6Olivine = 0,999 x 2619508,435 = 2619246,484 kg F8Abu = 0,051 x F6Abu = 0,035 x 786,372 = 756,372 kg F8MgO = 0,999 x F6MgO = 0,999 x 3,243 = 3,243 kg F8char = 0,999 x F6char = 0,999 x 2,079 = 1,039 kg

(14)

Tabel LA.12 Neraca Massa pada Cyclone (H-201)

Komponen Masuk (kg) Keluar (kg)

aliran 6 aliran 7 aliran 8

H2O 11232,822 11232,822 N2 143918,053 143918,053 O2 4675,237 4675,237 CO2 47170,178 47170,178 SO2 173,333 173,333 Olivine 2619508,435 261,951 2619246,484 MgO 3,243 0,000 3,243 Abu 786,630 30,258 756,372 Char 2,079 1,039 1,039 Subtotal 2827470,010 207462,872 2620007,138 Total 2827470,010 2827470,010 A.5. Cyclone (H-202)

Fungsi : memisahkan mayoritas 99,9% olivine dan char dari gas sintesa

Cyclone (H-202) memisahkan mayoritas 99,9% olivine dan char F14char = 20788,108 kg

F14Olivine = 2616891,543 kg Neraca massa komponen :

char : F8char = 99,90% × F6char = 99,90% x 20788,108 = 20786,030 kg

Olivine : F8Olivine = 99,90% × F6Olivine = 99,90% x 2616891,543

(15)

= 2616629,854 kg

Tabel LA.13 Neraca Massa pada Cyclone (H-202) Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)

Alur 14 Alur 15 Alur 16

H2 1430,395 1430,395 H2O 51859,988 51859,988 CO 44150,467 44150,467 CO2 16630,892 16630,892 CH4 85732,245 85732,245 C2H6 757,541 757,541 C2H4 4965,665 4965,665 Olivine 2616891,543 261,689 2616629,854 Char 20788,108 2,079 20786,030 Subtotal 2766047,845 128631,962 2637415,884 Total 2766047,845 2766047,845

A.7. Mix Point MgO dan Make-up Olivine

Fungsi : Titik pencampuran aliran make up olivine + MgO

Asumsi Potasium (Kalium) di dalam char SKK adalah 0,2 % berat Aliran MgO ditentukan sebesar 2 kali aliran molar Potasium dalam char. Abu dalam SKK = 0,86 % massa SKK basis kering

= 786,63 kg/jam

Potasium dalam char = 0,2 % x786,63 kg/jam = 1,573 kg/jam

BM Potasium = 39,102 g/mol

Aliran molar potasium = 1,573 / 39,102 = 0,041 kmol/jam BM MgO = 40,302 g/mol Olivine MgO Olivine MgO (F9) (F10 ) (F11)

(16)

F10MgO = 2 x aliran molar potasium = 0,082 kmol/jam

= 3,304 kg/jam

Make up olivine yang diperlukan adalah 0,11 % dari olivine yang kembali ke R-201 untuk

menutupi olivine yang terbuang dari cyclone. F9olivine = 0,0011 x olivine yg di recycle

= 0,0011 x 2616891,543kg/jam = 2878,581 kg/jam

A.8. Reformer (R-203)

Fungsi : mengkonversi CO, CH4, C2H4, C2H6 menjadi H2.

Reaksi :

CO + H2O  CO2 + H2 (Reaksi 1) CH4 + H2O  CO + 3 H2 (Reaksi 2) C2H6 + 2 H2O  2 CO + 5 H2 (Reaksi 3) C2H4 + 2 H2O  2 CO + 4 H2 (Reaksi 4)

Konversi CO = 47 % dari total CO input Konversi CH4 = 20 % dari total CH4 input Konversi C2H6 = 90 % dari total C2H6 input Konversi C2H4 = 50 % dari total C2H4 input

Reaksi 1

CO + H2O  CO2 + H2

In : N7CO N7H2O N7CO N7H2

Reaksi : -r -r r r

(17)

Out : N18CO N18H2O (1) N18 CO2(1) N 18 H2 (1)     4 4 4 18 CH CH CH X N r  0,20 × N 7 CO CO + H2O  CO2 + H2 In : 1576,239 2877,913 Reaksi : 740,833 740,833 740,833 740,833 Out : 835,407 2137,080 740,833 740,833 CO input = 44150,467 kg = 44150,467 kg / 28,01 kg/kmol = 1576,239 kmol CO bereaksi = 0,47 x 1233,879 kmol = 579,923 kmol = 579,923 kmol x 28,01 kg/kmol = 20750,720 kg CO sisa = 44150,467 kg - 20750,720 kg = 23399,748 kg H2O mula-mula = 51859,988 kg = 51859,988 kg / 18,02 kg/kmol = 2877,913 kmol

H2O bereaksi = 740,833 kmol

= 740,833 kmol x 18,02 kg/kmol = 13349,802 kg

H2O sisa = 51859,988 kg – 13349,802 kg = 38510,186 kg

CO2 terbentuk = 740,833 kmol

= 740,833 kmol x 44,01 kg/kmol = 32604,040 kg

H2 terbentuk = 740,833 kmol

(18)

= 1408,439 kg Reaksi 2 CH4 + H2O  CO + 3H2 In : N7CH4 N7H2O N7CO N7H2 Reaksi : -r -r r 3r Out : N18CH4 N18H2O (1) N18CO (1) N18H2 (1)     4 4 4 18 CH CH CH X N r  0,20 × N 7 CH4 CH4 + H2O  CO + 3 H2 In : 534,492 2137,080 Reaksi : 106,898 106,898 106,898 320,695 Out : 427,593 2030,182 106,898 320,695 CH4 input = 8573,245 kg = 8573,245 kg / 16,04 kg/kmol = 534,492 kmol CH4 bereaksi = 0,2 x 534,492 kmol = 106,898 kmol = 106,898 kmol x 16,04 kg/kmol = 1714,649 kg CH4 sisa = 8573,245 kg - 1714,649 kg = 6858,596 kg

H2O mula-mula = H2O sisa Reaksi 1 = 38510,186 kg

= 38510,186 kg / 18,02 kg/kmol = 2137,080 kmol

= 106,898 kmol x 18,02 kg/kmol = 1926,308 kg

H2O sisa = 38510,186 kg – 1926,308 kg = 36583,878 kg

(19)

= 106,898 kmol x 28,02 kg/kmol = 2994,222 kg H2 terbentuk = 320,695 kmol = 320,695 kmol x 2,02 kg/kmol = 647,804 kg Reaksi 3 C2H6 + 2H2O 2CO + 4H2 In : N7C2H6 N18H2O (1) N18CO (1) N18H2 (1) Reaksi : -r -2r 2r 4r Out : N18C2H4 N18H2O (2) N18CO (2) N18H2 (2)     4 2 4 2 4 2 18 H C H C H C X N r  0,50 × N 7 C2H6 C2H6 + 2 H2O   2 CO + 5 H2 In : 25,193 2137,080 Reaksi : 22,673 45,347 45,347 113,367 Out : 2,519 2091,734 45,347 113,367 C2H6 input = 757,541 kg = 757,541 kg / 30,07 kg/kmol = 25,193 kmol C2H6 bereaksi = 0,90 x 25,193 kmol = 22,673 kmol = 22,673 kmol x 30,07 kg/kmol = 681,787 kg C2H6 sisa = 757,541 kg - 681,787 kg = 75,754 kg

H2O mula-mula = H2O sisa Reaksi 1 = 38510,186 kg = 38510,186 kg / 18,02 kg/kmol = 2137,080 kmol

(20)

H2O sisa = 38510,186 kg – 817,147 kg = 37693,039 kg CO terbentuk = 45,347 kmol = 45,347 kmol x 28,01 kg/kmol = 1270,160 kg H2 terbentuk = 113,367 kmol = 113,367 kmol x 2,02 kg/kmol = 229,001 kg Reaksi 4 C2H4 + 2H2O 2CO + 4H2 In : N7C2H4 N18H2O (1) N18CO (1) N18H2 (1) Reaksi : -r -2r 2r 4r Out : N18C2H4 N18H2O (2) N18CO (2) N18H2 (2)     4 2 4 2 4 2 18 H C H C H C X N r  0,50 × N 7 C2H4 C2H4 + 2 H2O  2 CO + 4 H2 In : 177,029 2137,080 Reaksi : 88,515 177,029 177,029 354,058 Out : 88,515 1960,051 177,029 354,058 C2H4 input = 4965,665 kg = 4965,665 kg / 28,05 kg/kmol = 177,029 kmol C2H4 bereaksi = 0,5 x 177,029 kmol = 88,515 kmol = 88,515 kmol x 28,05 kg/kmol = 2482,832 kg C2H4 sisa = 4965,665 kg - 2482,832 kg = 2482,832 kg

H2O mula-mula = H2O sisa Reaksi 1 = 38510,186 kg = 817,147 kg

(21)

= 2137,080 kmol H2O bereaksi = 177,029 kmol

= 177,029 kmol x 18,02 kg/kmol = 3190,064 kg H2O sisa = 38510,186 kg – 3190,064 kg = 35320,122 kg CO terbentuk = 177,029 kmol = 177,029 kmol x 28,01 kg/kmol = 4958,584 kg H2 terbentuk = 354,058 kmol = 354,058 kmol x 2,02 kg/kmol = 7159,197 kg

F18H2 = H2 terbentuk total + H2 mula-mula dari R-201 = 4518,878 kg

F18H2O = H2O sisa dari reaksi 1 - total H2O bereaksi = 32576,668 kg

F18CO = CO sisa dari reaksi 1 + CO terbentuk total = 32611,714 kg

F18CO2 = CO2 terbentuk dari reaksi 1 + CO2 mula-mula = 49234,933 kg

F18CH4 = CH4 sisa reaksi 2 = 6858,596 kg F18C2H6 = C2H6 sisa reaksi 3 = 75,754 kg F18C2H4 = C2H 4sisa reaksi 4 = 2482,832kg

Banyaknya katalis (olivine) yang diperlukan untuk unit Reformer (R-203) adalah = 60 lb / 243000 lb gas sintesa (Technical Report NREL/TP-510-37408 May 2005)

Gas sintesa = (F17total) = 128631,962 kg

= 283584,933 lb

Katalis yang diperlukan = (F17olivine) = 60 × 283584,933 / 243000 = 70,021 lb

= 31,761 kg

(22)

A.9. Scrubber (D-301)

Fungsi : Membersihkan partikel pengotor (char dan olivine) dari aliran gas

Aliran 20 adalah aliran gas panas dari Heat Exchanger H-201. Aliran 21 adalah aliran air pendingin dari utilitas.

Aliran 22 adalah aliran gas yang telah bersih dan dingin (T = 60 oC).

Aliran 23 adalah aliran air yang diambil dari aliran gas sintesa yang terabsorpsi, dimana berfungsi untuk membersihkan aliran gas dari char dan olivine.

Aliran 24 adalah aliran sludge (char dan olivine) yang terserap oleh air.

Alur 15 Alur 17 Alur 18 Alur 19

H2 1430,395 4518,878 H2O 51859,988 32576,668 CO 44150,467 32622,714 CO2 16630,892 49234,933 CH4 8573,245 6858,596 C2H6 757,541 75,754 C2H4 4965,665 2482,832 Olivine 261,689 31,761 261,689 31,761 Char 2,079 2,079 Total 128631,962 31,761 128631,962 31,761 128663,723 128663,723

(23)

Menghitung kebutuhan air

Menurut Technical Report NREL/TP-510-37408 May 2005, untuk mendinginkan gas sintesa dari gasifier tipe BCL sampai temperaturnya mencapai 60 oC, diperlukan air sebagai pendingin pada suhu 30 oC sesuai dengan hubungan sebagai berikut :

Kmol air yang dibutuhkan = (5,5 * kmol aliran gas) – 1083

Tabel LA.15 Komposisi umpan gas masuk Scrubber (D-301)

Komponen kg kmol H2 4518,878 2241,507 CO2 49234,933 1118,729 CO 32622,714 1164,644 H2O 32576,668 1808,298 CH4 6858,596 427,516 C2H4 2482,832 88,503 C2H6 75,754 2,519 Olivine 261,689 1,249 Char 2,079 0,014 Total 128634,143 6851,855

Maka, Kmol air yang diperlukan = (5,5 * 6851,855 kmol) – 1083

= 36602,202 kmol

= 659571,675 kg

Neraca bahan dihitung menggunakan kesetimbangan uap cair (Vapor LiquidEquilibrium, VLE). Algoritma perhitungannya adalah sebagai berikut :

1. Menghitung tekanan uap masing-masing komponen pada kondisi keluar Mixer. Ln Pv = A + B / (C + T) + D*ln (T) + [E*(T^F)]

dimana :

Pv = Tekanan uap, Kpa

A, B, C, D, E dan F = Konstanta Antoine untuk masing-masing komponen T = Temperatur absolute, K

(24)

dimana :

Ki = konstanta kesetimbangan uap-cair komponen i Zi = fraksi mol komponen i aliran keluar Mixer V/F = fraksi uap aliran keluar Mixer

3. Menghitung komposisi mol uap dan liquid aliran keluar separator.

Tabel LA.16 Komponen Uap dan Cairan aliran keluar Scrubber (D-301)

Komponen kmol zi A B C H2 2237,068 0,051481 9,183 -107,900 0,000 H2O 38412,017 0,883968 65,930 -7227,000 0,000 CO 1164,681 0,026803 41,650 -1109,000 0,000 CO2 1118,721 0,025745 136,600 -4735,000 0,000 CH4 427,593 0,009840 31,350 -1307,000 0,000 C2H6 2,519 0,000058 44,000 -2569,000 0,000 C2H4 88,515 0,002037 48,110 -2474,000 0,000 Olivine (solid) 2,930 0,000067 1,000 0,000 0,000 Char 0,012 0,00000027 1,000 0,000 0,000 Total 43454,057 Komponen D E F ln Pv H2 0,164 0,001 2,000 76,619 H2O -7,177 0,000 2,000 2,993 CO -5,455 0,000 2,000 16,220 CO2 -21,270 0,041 1,000 12,466 CH4 -3,261 0,000 2,000 11,749 C2H6 -4,976 0,000 2,000 9,009 C2H4 -5,736 0,000 2,000 9,514 Olivine (solid) 0,000 0,000 0,000 1,000 Char 0,000 0,000 0,000 1,000

(25)

Dengan Trial & Error diperoleh V/F = 0,143 Temperatur 60 oC (333,08 K) dan tekanan 1,021 atm (103,430 kPa)

Komponen Pv (kPa) Ki yi xi H2 1,9381E+33 1,87401E+31 0,359438 0,000000 H2O 19,832 0,192 0,191703 0,999695 CO 11072775,55 107066,095 0,187123 0,000002 CO2 259367,175 2507,902 0,179321 0,000072 CH4 126626,869 1224,394 0,068369 0,000056 C2H6 8176,341 79,060 0,000376 0,000005 C2H4 13548,078 131,001 0,013601 0,000104 Olivine (solid) 2,178 0,026 0,000002 0,000067 Char 2,718 0,026 0,000000 0,000000 Total 0,999934 1,000000

Komponen Top (kmol) Top (kg) Bottom (kmol) Bottom (kg)

H2 2237,06849 4518,878 0,00000 0,000 H2O 1193,12126 21500,045 37218,89534 670684,494 CO 1164,61589 32620,891 0,06507 1,823 CO2 1116,05943 49117,775 2,66206 117,157 CH4 425,51435 6825,270 2,07890 33,346 C2H6 2,34205 70,425 0,17721 5,329 C2H4 84,64916 2374,409 3,86536 108,423 Olivine (solid) 0,01091 0,975 2,51073 224,208 Char 0,00004 0,008 0,00991 1,825 Total 6223,79416 117028,657 37230,262 671176,605

Aliran 22 adalah aliran sludge (char + olivine) yang terserap oleh air (dikirim ke pengolahan limbah).

Asumsi sludge mengandung 50 % berat air (Technical Report NREL/TP-510-37408, 2005)

Tabel LA.17 Komposisi Aliran 22

Komponen Kg

H2O 226,684 Olivine (solid) 224,208

Char 1,825

Total 453,369

(26)

Komponen Masuk (kg) Keluar (kg)

Aliran 20 Aliran 21 Aliran 22 Aliran 23 Aliran 24

H2 4518,878 4518,878 0,000 H2O 32576,668 659571,675 21512,608 670445,286 226,645 CO 32622,714 32620,892 1,821 CO2 49234,933 49117,846 117,087 CH4 6858,596 6825,270 33,326 C2H6 75,754 70,428 5,326 C2H4 2482,832 2374,472 108,361 Olivine (solid) 261,689 0,000 224,859 Char 2,079 0,000 1,786 Subtotal 128634,143 659571,675 117040,395 670711,206 453,290 Total 788205,818 788205,818

A.10. Knock Out Drum

Fungsi : Untuk memisahkan fasa cair gas sintesa dari campuran fasa gasnya.

Neraca massa dihitung dengan menggunakan kesetimbangan uap cair (Vapor Liquid

Equilibrium, VLE). Rumus perhitungannya adalah sebagai berikut :

1. Menghitung tekanan uap masing-masing komponen pada kondisi keluar ln Pv = A-B/(C+T) (Sumber: Perry's,1999)

dimana : Pv = Tekanan uap, kPa

A, B, dan C = konstanta Antoine untuk masing-masing komponen T = Temperatur (K)

2. Trial fraksi uap aliran keluar sampai jumlah fraksi uapnya ~ 1



    C i F V i i i K z K 1 1 ) 1 ( 1 i = 1,…C (Pers. 13-13, Perry's,1999)

(27)

dimana : Ki = konstanta kesetimbangan uap-cair komponen i zi = fraksi mol komponen i aliran keluar

V/F = fraksi uap aliran keluar Temperatur = 316,5 K dan tekanan 2503 kPa Dengan Trial & Error diperoleh V/F = 0,9164

Tabel LA.19 Komponen Uap dan Cairan aliran keluar knock out drum Komponen kmol zi Pv (T =316,15) Ki ( Pv/Pt) yi xi H2 2237,066 0,519 1,938x1033 7,743x1029 0,566 0,000 H2O 390,624 0,09 19,832 0,008 0,008 0,994 CO 1164,016 0,27 11072775,55 4423,8 0,295 0,000 CO2 1,119 0,0002 259367,17 103,623 0,000 0,000 CH4 427,138 0,099 126626,87 50,59 0,108 0,002 C2H6 2,519 0,001 8176,34 3,267 0,001 0,000 C2H4 88,290 0,021 13548,078 5,413 0,022 0,004 Subtotal 4310,771 1,0000 1,00000 1,00000

Komponen Top KOD (kmol) Bottom KOD (kmol)

H2 2237,066 0,000 H2O 31,216 359,409 CO 1163,992 0,024 CO2 1,118 0,001 CH4 426,369 0,769 C2H6 2,451 0,068 C2H4 86,826 1,463 Olivine (solid) 0,000 0,000 Char 0,000 0,000 Subtotal 3950,391 339,054

Tabel LA.20 Neraca Massa pada Knock Out Drum Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)

H2 4518,872 4518,872 0,000

H2O 7039,052 562,507 6476,545

(28)

H2 CO2 CO H2O CH4 C2H4 C2H6 (N27) H2 CO2 CO H2O CH4 C2H4 C2H6 T = 43,3 oC P = 24,7 atm T = 43,3 oC P = 24,7 atm H2 T = 43,3 oC P = 24,7 atm CO2 49,235 49,192 0,043 CH4 6851,286 6838,953 12,332 C2H6 75,512 69,230 1,839 C2H4 2476,526 2435,479 41,048 Subtotal 53614,570 47077,648 6532,479 Total 53614,570 53614,570

A.11. Pressure Swing Adsorption (PSA)

Fungsi : memurnikan produk gas H2. N29

N30

Adsorben yang digunakan dalam PSA adalah campuran zeolite dengan karbon aktif Kinerja PSA:

Mengadsorbsi 100 % gas CO2, CO, C2H4, C2H6, CH4, dan H2O Purging 5 % gas H2

(Sumber : Gas Purification, Kohl & Nielsen, page 1082)

H229 = 5/100 x 4518,872 = 225,944

H228 = H26- H29

= 4518,872 – 225,944 = 4292,929

(29)

Tabel LA.21 Neraca Massa pada Pressure Swing Adsorber (D-401)

H2 4518,878 4292,929 225,944 H2O 562,507 562,507 CO 32603,415 32603,415 CO2 49,192 49,192 CH4 6838,953 6838,953 C2H6 69,230 69,230 C2H4 2435,479 2435,479 Subtotal 47077,648 4292,929 42784,719 Total 47077,648 47077,648

(30)

LAMPIRAN B

PERHITUNGAN NERACA ENERGI

Basis perhitungan = 1 jam operasi Satuan operasi = kJ

Kapasitas produksi = 34.000 ton/tahun Suhu Referensi = 25 oC

Tabel LB.1 Data Kapasitas Panas Komponen Gas ( kJ/mol K)

Komponen a b c d H2 27,1430244 0,009273762 -1,38081E-05 7,6451E-09 CO2 19,7951904 0,073436472 -5,60194E-05 1,71533E-08 CO 30,8692764 -0,012853476 2,78925E-05 -1,27153E-08 H2O 32,2425468 0,001923835 1,05549E-05 -3,59646E-09 CH4 19,2509064 0,05212566 1,19742E-05 -1,13169E-08 C2H4 3,8058012 0,15658632 -8,34848E-05 1,75511E-08 C2H6 5,4093456 0,178106472 -6,93753E-05 8,71273E-09

Tabel LB.2 Data Panas Perubahan Fasa Komponen (Reklaitis, 1983). Komponen ∆Hvl pada titik didihnya (kJ/mol)

H2O 40,6562

Tabel LB.3 Data Kapasitas Panas Komponen Cair ( kJ/mol K)

Komponen a b c d H2 0,000066653 0,0067659 -0,00012363 0,00047827 CO2 -8,3043 0,10437 -0,00043333 6,0052E-07 CO 0,000065429 0,028723 -0,00084739 0,0019596 H2O 0,27637 -0,0020901 0,000008125 -1,4116E-08 CH4 0,000065708 0,038883 -0,00025795 0,00061407 C2H4 0,24739 -0,004428 0,000040936 -1,697E-07 C2H6 0,000044009 0,089718 0,00091877 -0,001886 (Perry’s, 2007)

(31)

Tabel LB.4 Data Panas Reaksi Pembentukan Komponen Komponen Hf (kJ/mol) H2 0,000 CO2 -393,685 CO -110,615 H2O -241,997 CH4 -74,902 C2H4 52,335 C2H6 -84,741

Persamaan untuk menghitung kapasitas panas (Reklaitis, 1983) :

3 2 dT cT bT a Cp    

Jika Cp adalah fungsi dari temperatur maka persamaan menjadi :

dT dT CT bT a CpdT T T T T ) ( 2 3 2 1 2 1    



) ( 4 ) ( 3 ) ( 2 ) ( ₂ ₁ ₂2 ₁2 ₂3 ₁3 ₂4 ₁4 2 1 T T d T T c T T b T T a CpdT T T        



Untuk sistem yang melibatkan perubahan fasa persamaan yang digunakan adalah :







   2 2 1 1 T T v T T T T Vl l b b dT Cp H dT Cp CpdT

Perhitungan energi untuk sistem yang melibatkan reaksi :



    2 1 2 1 ) ( T T in T T out r T N CpdT N CpdT H r dt dQ

(32)

Perhitungan neraca panas untuk peralatan yang mengalami perubahan panas:

LB.1 Rotary Dryer (B-101)

Fungsi : Mengeringkan umpan serbuk kayu karet (SKK) sampai kandungan airnya 12 %

Panas Masuk Alur 2

Panas masuk = N _senyawa

_

CpdT 15 , 303 15 , 298 ) 2 (

Tabel LB.5 Neraca panas masuk alur 2

Komponen F (kg/jam) N (mol/jam) ∫ CpdT Q (kJ/jam) H2O 25523,700 1416409,545 0,097 137391,725

SKK 97186,400 677537,026 0,006 4065,222

Total 141456,947

Panas Keluar Alur 3

Panas keluar = N CpdT senyawa



15 , 393 15 , 298 ) 3 (

Tabel LB.6 Neraca panas keluar alur 3

Total 2392915,047

Panas Keluar Alur 4



15 , 393 15 , 298 ) 4 (

(33)

Tabel LB.7 Neraca panas keluar alur 4

SKK 97186,400 677537,026 0,114 77239,220

Total 2661587,313

Qsteam = (2661587,313+ 2392915,047) – 141456,947 kJ/jam = 4913045,414 kJ/jam

Pada temperatur 146oC, dan tekanan 172 kPa maka H superheated steam adalah 3381,5 kJ/kg dan pada temperatur 120oC, dan tekanan 172 kPa maka H= 3216,5 kJ/kg (Reklaitis,1983) msteam = 4913045.414: (3.381,5 – 3.216,5)

= 29776,032 kg/jam

Tabel LB.8 neraca panas rotary dryer

Komponen Qmasuk (kJ/jam) Qkeluar (kJ/jam)

Umpan 141456,947

Produk 5054502,361

Panas yang dibutuhkan 4913045,414

Total 5054502,361 5054502,361

LB.2 Char Combustor (R-201)

(34)

Panas Masuk Alur 16

_

CpdT 15 , 1143 15 , 298 ) 16 (

Tabel LB.9 neraca panas masuk alur 16

Komponen N (mol) ∫ CpdT Q (kJ/jam)

Olivine 29301566,116 78,170 2,2905x109

Char 112847,345 635,080 71667091,946

Jumlah 2362170515,246

Panas Masuk Alur 11

_

CpdT 15 , 303 15 , 298 ) 11 (

Panas Alur 11 = Panas Alur 9 + Panas Alur 10

MgO 80,470 0.0001 0,014

Olivine 32234,946 0,46258 14911,080

Jumlah _14911,080

Panas Masuk Alur 13

Alur 13 adalah aliran udara pembakar yang berasal dari Blower (G-201). T13 = 300C Panas masuk = N CpdT senyawa



313 , 352 15 , 298 ) 13 (

Komponen N (mol) ∫ CpdT Q (kJ/jam) N2 5129774,192 1,574 8151211,191

O2 1363610,861 1,593 2233594,591

Jumlah 10384805,782

Panas Keluar Alur 6 Panas Reaksi

C9.5H11.06 O3N0.18S0.024Abu0.239+10,789 O2  9,5 CO2+ 0,024 SO2 +0,09 N2 + 5,53 H2O + 0,239 Abu r = 112,847 kmol/jam

(35)

Hr x r = [(9,5 Hof CO2 + 0,024Hof SO2 + 0,09 Hof N2 + 5,53Hof H2O + 0,239Hof Abu ) – (Hofchar + 10,789 HofO2] x r

= -5,0887x106 kJ/kmol x 112,847 kmol/jam = -5,7424x108 kJ/jam

T = 928,222 0C

Panas keluar = N _senyawa

_

CpldT 372 , 1255 15 , 298 ) 6 (

Tabel LB.12 neraca panas keluar alur 6

Komponen N (mol) ∫ CpdT Q (kJ/jam)

N2 5139930,451 29,520 151730746,900 O2 146101,164 38,800 5668725,151 SO2 2708,336 41,810 113235,511 CO2 1072049,507 40,970 43921868,283 H2O 624045,660 33,500 20905529,614 Abu 26970,509 1,244 33551,313 Olivine 29301598,351 92,645 2714646579,239 MgO 80,470 0,035 2,800 Char 0,004828 645,52 _3,117 Jumlah 2937020238,811

Maka, selisih panas adalah :



   2 1 2 1 T T in T T out r(T) N CpdT N CpdT ΔH dt dQ = -5,7424x108 + 2937020238,811– 23,6217x108 – 14911,080- 10384805,782 = 0

Tabel LB.13 neraca panas char combustor

Umpan 2372570232,108

Produk 2937020238,811

Panas reaksi -0,57424x109

(36)

LB.3 Cyclone (H-201)

Fungsi : memisahkan mayoritas 99,9% olivine,abu dan MgO dari gas pembakaran

Panas Masuk Alur 6 T6 = 928,222 0C Q6 = 2937020238,811

Panas Keluar Alur 7 T7 = 928,222 0C Panas keluar = N CpdT senyawa



372 , 1255 15 , 298 ) 7 (

N2 5139930,451 30,951 159085987,389 O2 146101,164 40,662 5940765,531 SO2 2708,336 43,906 118912,200 CO2 1072049,507 43,354 46477634,326 H2O 624045,660 34,944 21806651,543 Abu 976,062 1,295 1264000,290 Olivine 2933,380 92,145 270296,300 Char 0,004828 645,52 _3,117 Jumlah 234964250,696

Panas Keluar Alur 8 T8 = 928,222 0C

_

CpdT 372 , 1255 15 , 303 ) 8 (

(37)

Komponen N (mol) ∫ CpdT Q(kJ/jam)

Abu 24399,100 1,295 31596,835 Olivine 29330867,682 92,145 2702692802,558 MgO 80,457 0,035 2,833 Char 0,004828 645,52 _3,117 Jumlah 2702724405,343

Tabel LB.16 neraca panas cyclone

Umpan 2,937020x109

Produk 2,937020x109

Total 2,937020x109 2,937020x109

LB.4 Gasifier (R-202)

Fungsi : Mengubah umpan serbuk kayu karet (SKK) menjadi gas sintesa (gasifikasi)

Panas Masuk Alur 4

T4 = 120 0C

Q4 = 2661587,313 kJ/jam

Panas Masuk Alur 8 T8 = 928,222 0C

(38)

Panas masuk = N _olivine

_

CpdT 372 , 1201 15 , 298 ) 8 (

Olivine 29304496,566 83,56 2448683733,055

Jumlah 2448683733,055

Panas Keluar Alur 14

T14 = 870 0C (Kinchin and Bain, 2005)



15 , 1143 15 , 298 ) 14 (

Komponen N (mol) ∫ CpdT Q (kJ/jam)

H2 708116,337 24,950 17667502,608 CO2 377888942 34,430 13010716,273 CO 1576239,461 26,360 41549672,192 H2O 2877912,781 29,340 84437960,995 CH4 534491,567 47,850 25575421,481 C2H4 177029,054 63,770 11289142,774 C2H6 25192,596 80,640 2031530,941 Olivine 29304496,566 78,170 2290732496,564 Char 112858,629 635,080 71674258,105 Jumlah _{2557968701,933} dQ/dt = Qout - Qin 0 = 2557968701,8166 – (2661587,313 + Q5 + 2,44868E+09) Q5 = 106623381,770 kJ

Setelah Trial & Error diperoleh T5 = 146 0C Panas Masuk Alur 5

Alur 5 adalah aliran steam tekanan rendah ( P = 1, 7 atm). T5 = 146 0C Panas masuk =          





373,15 298,15 519,15 373,15 senyawa (5) CpldT ΔHvl Cpv dT N

(39)

Komponen N (mol) ∫CpLdT Hvl (kJ/mol) ∫CpVdT Q (kJ/jam) H2O 2142469,312 2,520 40,683 0,904 94498184,458

Jumlah 94498184,458

Tabel LB.20 neraca panas gasifier (R-201)

Umpan 2,5579687x109

Produk 2,5579687x109

Total 2,5579687x109 2,5579687x109

LB.3 Cyclone (H-201)

Fungsi : memisahkan mayoritas 99,9% olivine dan char dari gas sintesa

Panas Masuk Alur 14 T14 = 870 0C

Q14 = 2407475657,0619 kJ

Panas Keluar Alur 15 T = 870 0C

Panas keluar = Nsenyawa



CpdT 15 , 1143 15 , 298 15

(40)

Komponen N(mol) ∫ CpdT Q (kJ/jam)

H2 708116,337 24,950 17667502,608 CO2 377888,942 34,430 13010716,273 CO 1576239,461 26,360 41549672,192 H2O 2877912,781 29,340 84437960,995 CH4 534491,567 47,850 25575421,481 C2H4 177029,054 63,770 11289142,774 C2H6 25192,596 80,640 2031530,941 Olivine 2930,450 78,170 229073,250 Char 11,286 635,080 7167,426 Jumlah _{195798184,917}

Panas Keluar Alur 16 T16 = 870 0C Panas keluar = N CpdT senyawa



15 , 1143 15 , 298 ) 16 (

Olivine 29301566,116 78,170 2,2905x109

Char 112847,345 635,080 71667091,946

Jumlah 2362170515,246

Tabel LB.23 neraca panas cyclone

Komponen Qmasuk (kJ/jam) Qkeluar (kJ/jam) Umpan 2,5579687x109

Produk 2,5579687x109

(41)

LB.6 Reformer (R-203)

Fungsi : mengkonversi CO, CH4, C2H4, C2H6 menjadi H2.

Q15 = 195798184,917 kJ/jam

Panas Masuk Alur 17 T17 = 870 0C Panas keluar = N CpdT senyawa



15 , 1168 15 , 298 ) 17 (

Komponen N (kmol) ∫ CpdT Q (kJ/jam)

katalis olivine 335,946 0,463 155,543



706 , 1048 15 , 298 ) 19 (

Komponen F (kg/jam) N (mol/jam) ∫ CpdT Q (kJ/jam)

Olivine 31,761 355,666 67,127 23565,862

(42)

Panas Keluar Alur 18 T18 = 750,556 oC =1048,706 K Panas keluar = N CpdT senyawa



706 , 1048 15 , 298 ) 18 (

Komponen F (kg/jam) N (mol/jam) ∫ CpdT Q (kJ/jam)

H2 1430,395 708116,216 21,304 15085707,866 H2O 51859,988 2877912,781 24,941 71778022,671 CO 44150,467 1576239,461 22,385 35284120,334 CO2 16630,892 377888,942 27,960 10565774,818 CH4 8573,245 534491,567 38,993 20841429,672 C2H6 757,541 25192,596 65,560 1651626,594 C2H4 4965,665 177029,054 52,280 9255078,943 Olivine 291,689 3266,396 67,125 219256,832 Char 2,079 11,286 545,306 6154,324 Jumlah _{164687172,053} Panas Reaksi : Reaksi 1 : CO + H2O  CO + H2 r1 = 740,833 kmol/jam Hr x r1 = [(Hof CO + Hof H2) – (HofCH4 + HofH2O] x r = -41150,01 kJ/kmol x 740,833 kmol/jam = -30485259,300 kJ/jam Reaksi 2 : CH4 + H2O  CO + 3H2 r1 = 106,898 kmol/jam Hr x r1 = [(Hof CO + 3Hof H2) – (HofCH4 + HofH2O] x r = 206160 kJ/kmol x 106,898 kmol/jam = 22038156,281 kJ/jam

(43)

Reaksi 3 : C2H6 + 2H2O  2CO + 5H2 r1 = 22,673 kmol/jam Hr x r1 = [(2Hof CO + 5Hof H2) – (HofC2H6 + 2HofH2O] x r = 347296 kJ/kmol x 22,673 kmol/jam = 7874223,042 kJ/jam Reaksi 4 : C2H4 + 2H2O  2CO + 4H2 r4 = 88,515 kmol/jam Hr x r4 = [(2Hof CO + 4Hof H2) – (HofC2H4 + 2HofH2O] x r = 210340 kJ/kmol x 88,515 kmol/jam = 18618145,605 kJ/jam Hrtotal .r = (Hr1.r1 + Hr2.r2 + Hr3.r3 + Hr4.r4 ) = 18045265,628 kJ/mol



    2 1 2 1 T T in T T out r(T) N CpdT N CpdT H r dt dQ = 18045265,628 + 164687172,053 + 23565,862 – 195798184,917 - 155,543 = 0 kJ/jam

Tabel LB.27 neraca panas reformer (R-203)

Umpan 182732437,681

Produk 16,4687x107

Panas reaksi 1,8045x107

Total 182732437,681 182732437,681

LB.7 Waste Heat Boiler (E-201)

Fungsi : menurunkan temperatur gas sintesa yang keluar dari reformer (R-203)

E-201

(N18) _(N20)

Air umpan boiler,60 C

Steam,146 C H2 CO2 CO H2O CH4 C2H4 C2H6 H2 CO2 CO H2O CH4 C2H4 C2H6 T = 750,556 C P = 1,3 atm T = 150 C P = 1,15 atm

(44)

Q18 = 164687172,053 kJ/jam Panas Keluar Alur 20

T20 = 150 0C

_

CpdT 15 , 423 15 , 298 ) 20 (

H2 2237068,493 3,608 8071343,124 CO2 1807806,194 4,201 7594593,819 CO 1164680,955 3,653 4254579,528 H2O 1118721,489 2,953 3303584,557 CH4 427593,253 4,718 2017384,971 C2H4 2519,259 7,221 18191,573 C2H6 88514,526 5,946 526307,377 Olivine 2930,449 11,564 33887,719 Char 11,285 93,946 1060,261 Jumlah _25820932,931

Panas jenis air umpan boiler pada suhu 600C = 251,3 kJ/kg

 dt dQ Q20 – Q18 = 25820932,931kJ/jam - 164687172,053 kJ/jam = -138866239,122 kJ/jam

TH2O steam keluar = 146 0C (419,15 K) Jumlah air umpan boiler yang dibutuhkan :

Fair = K 15 , 303 K 15 , 419 H H Q    Fair = kg kJ jam kJ / ) 3 , 251 485 , 2762 ( / 122 138866239,  = 55299,087 kg/jam

Q air umpan waste heat boiler yaitu : 251,3 kJ/kg x 55299,087 kg/jam = 13896660,696 kJ/jam

(45)

= 152762899,818 kJ/jam

Tabel LB.29 Neraca Panas pada Waste Heat Boiler (E-201)

Umpan 164687172,053 Produk 25820932,931 Air Pendingin -138866239,122 Total 25820932,931 25820932,931 LB.8 Scrubber (D-301) Fungsi :

- Mendinginkan aliran gas panas sampai temperaturnya 60 oC - Membersihkan partikel pengotor (char dan olivine) dari aliran gas

Q20 = 25820932.931kJ/jam

Panas Keluar Alur 21 T21 = 60 0C Panas keluar = N CpdT senyawa



15 , 333 15 , 298 ) 21 (

(46)

Komponen F (kg/jam) N (kmol/jam) CpdT Q (kJ/jam)

H2 4518,872 2237065,527 1,009 2257199,117 H2O 7039,052 390624,391 1,186 463398,464 CO 32604,087 1164015,975 1,016 1182640,230 CO2 49,235 1118,721 0,713 798,114 CH4 6851,286 427137,506 1,234 527087,683 C2H6 75,512 2511,207 1,812 4550,307 C2H4 2476,526 88289,711 1,496 132081,408 Jumlah _4567755,323

Panas Keluar Alur 24 T24 = 60 0C Panas masuk = N CpdT senyawa



15 , 333 15 , 298 ) 24 (

Komponen F (kg/jam) N (mol/jam) CpdT Q (kJ/jam)

H2O 25083,368 1391973,807 1,186 1651301.196

CH4 0,007 0,436 1,234 0.539

C2H6 0,0007 0,023 1,812 0.042

C2H4 0,016 0,528 1,496 0,789

Jumlah _1651302,566

Panas Keluar Alur 22 T22 = 60 0C

_

CpdT 15 , 333 15 , 298 ) 22 (

(47)

Tabel LB.32 neraca panas keluar alur 22 Komponen F (kg/jam) N (kmol/jam) CpdT Q (kJ/jam) H2 0,006 2,966 1,009 2,993 H2O 454,248 25207,991 1,186 29896,677 CO 18,626 664,980 1,016 675,620 CO2 49185,698 1117602,767 0,713 796850,773 CH4 7,303 455,292 1,234 561,830 C2H6 0,241 8,028 1,812 14,548 C2H4 6,290 224,255 1,496 335,486 Olivine 261,689 2930,450 3,238 9488,796 Char 2,079 11,286 26,305 296,875 Jumlah _838123,597

Tabel LB.33 neraca panas scrubber

Komponen Q (kJ/jam) Q (kJ/jam)

Umpan 2,445 x107

Produk 2,445 x107

Total 2,445 x107 2,445 x107

LB.9 Cooler (E-301)

Fungsi : menurunkan temperatur gas sintesa yang keluar dari scrubber (D-301)

(48)

_

CpdT 15 , 333 15 , 298 ) 23 (

Panas Keluar Alur 25 T25 = 43,33 0C Panas keluar = N CpdT senyawwa



48 , 316 15 , 298 ) 25 (

Besarnya panas yang perlu diserap agar suhu operasi dapat tercapai adalah : dQ/dt = Qout – Qin

= -2184327,919 kJ

Suhu Air pendingin masuk = 30oC = 303,15 K Suhu Air pendingin keluar = 43,33 oC = 316,48 K

(49)



48 , 316 303,15 CpdT = 3,415 kJ/mol

Maka jumlah air pendingin yang dibutuhkan adalah :

Nair =



316,48 303,15 p 1 dT C Q = 3,415 9 2184327,91 = 639,627 kmol

Fair = N_AirBM_Air 639,627 × 18,05 = 11545,267 kg Tabel LB.36 neraca panas cooler (E-302)

Umpan 4567755,323

Produk 2383427,404

Panas yang dilepas 2184327,919

Total 4567755,323 4567755,323

LB.10 Knock Out Drum (D-302)

Fungsi : Untuk memisahkan fasa cair gas sintesa dari campuran fasa gasnya.

(50)

Panas Keluar Alur 26 T26 = 43,33 0C Panas keluar = N CpdT senyawwa



48 , 316 15 , 298 ) 26 (



48 , 316 15 , 298 ) 27 (

(51)

Tabel LB.39 neraca panas knock out drum

Komponen Q (kJ/jam) Q (kJ/jam)

Umpan 2383427,404

Produk 2383427,404

Total 2383427,404 2383427,404

LB.11 Pressure Swing Adsorption Unit (D-401A)

Fungsi : Untuk memurnikan produk hidrogen

Q26 = 2158273,440kJ/jam Panas Keluar Alur 28 T28 = 43,33 0C

_

CpdT 48 , 316 15 , 298 ) 28 (

Komponen N (mol/jam) ∫ CpdT Q (kJ/jam)

H2 2125212,251 0,528 1122112,068

Jumlah _1122112,068

Panas Keluar Alur 29 T29 = 43,33 0C

(52)

_

CpdT 48 , 316 15 , 298 ) 29 (

Komponen N (mol/jam) CpdT Q (kJ/jam)

H2 111853,276 0,528 59035,209 H2O 31215,698 0,622 19402,610 CO 1164407,683 0,530 617695,435 CO2 1117,737 0,361 403,777 CH4 426368,657 0,637 271612,924 C2H6 2307,667 0,927 2138,424 C2H4 86981,383 0,765 66522,549 Jumlah _1036810,929

Tabel LB.42 neraca panas pressure swing adsorber (D-401)

Umpan 2158273,440

Produk 2158273,440

(53)

LAMPIRAN C

PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN

LC.1 Gudang Penyimpanan Kayu Karet (F-101)

Fungsi : Tempat penampungan Kayu Karet

Bahan konstruksi : Dinding bata beton dengan atap seng dan tiang beton Bentuk : Persegi panjang

Jumlah : 2 unit

Kondisi penyimpanan

Temperatur : T = 30°C (303,15 K) Tekanan operasi : P = 1 atm (101,325 kPa) Kebutuhan perancangan : t = 5 hari

Laju alir massa : F = 61355,05 kg/jam Densitas kayu karet : ρw = 1300 kg/m3

Laju alir Volume kayu karet : Q = 47,19619 m3/jam = 5663,543 m3/5 hari

Gudang direncanakan berukuran : panjang (p) = lebar (l) = 2  tinggi (t) Volume gudang (V) = p  l  t

= 2t  2t  t = 4 t3

= 5663,543 m3

Volume gudang dinaikkan sebesar 20%, maka: V = 6796.25 m3 Tinggi gudang (t) = 3 4 V = 3 4 6796,25 = 11,90309 m

(54)

LC.2 Gudang Olivine (F-102)

Fungsi : Tempat penyimpanan Olivine

Bahan konstruksi : Dinding bata beton dengan atap seng dan tiang beton Bentuk : Prisma Segi Empat Beraturan

Jumlah : 1 unit Kondisi penyimpanan

Temperatur : T = 30°C (303,15 K) Tekanan operasi : P = 1 atm (101,325 kPa) Kebutuhan perancangan : t = 1 bulan

Laju alir massa : F = 2908,58 kg/jam = 2094178 kg/bln Densitas Olivine : ρ = 3320 kg/m3 Volume Olivine = kg/m3 3320 kg 2094178 = 630,777 m3 Faktor kelonggaran = 20% Volume gudang = 1,2  630,777 m3 = 756.932 m3

Gudang direncanakan berukuran : panjang (p) = lebar (l) = 2  tinggi (t) Volume gudang (V) = p  l  t = 2t  2t  t = 4 t3 Tinggi gudang (t) = 3 4 V = 3 4 756,932 = 5,731 m

(55)

LC.3 Gudang MgO (F-103)

Fungsi : Tempat penyimpanan MgO

Bahan konstruksi : Dinding bata beton dengan atap seng dan tiang beton Bentuk : Prisma Segi Empat Beraturan

Jumlah : 1 unit

Kondisi penyimpanan

Temperatur : T = 30°C (303,15 K) Tekanan operasi : P = 1 atm (101,325 kPa) Kebutuhan perancangan : t = 6 bulan

Laju alir massa : F = 14010,1 kg (Stok 1 bulan) Densitas MgO : ρ = 3580 kg/m3 Volume MgO = kg/m3 3580 kg 14010,1 = 3,91344 m3 Faktor kelonggaran = 20% Volume gudang = 1,2  3,91344 m3 = 4,69613 m3

Gudang direncanakan berukuran : panjang (p) = lebar (l) = 2  tinggi (t) Volume gudang (V) = p  l  t = 2t  2t  t = 4 t3 Tinggi gudang (t) = 3 4 V = 3 4 4,69613 = 1,055 m

(56)

LC.4 Chipper (C-101)

Fungsi : Mereduksi ukuran kayu karet. Tipe : BX1220

Bahan konstruksi : Carbon steel Jumlah : 2 unit

Kapasitas : 61355.05051kg/jam = 61.35505ton/jam

Data perhitungan

Temperatur T = 30C (303,15 K) Tekanan operasi P = 1 atm (101,325 kPa)

Umpan padatan serbuk kayu karet diperkirakan memiliki ukuran diameter berkisar 4 – 6 cm, diambil ukuran d = 5 cm = 50 mm = 50000 μm Rasio reduksi alat grinder tipe

roll ball mill, R = 4 (Ulrich, 1984)

R =

di d

maka ukuran hasil reduksi, di =

R d = 4 50000 = 12500 μm Daya grinder : P (kW) = m × 10 × Wi × (1/ d – 1/ d ) i (Walas, 1988) dimana, P = daya (kW)

m = kapasitas / massa umpan (ton/jam) d = diameter umpan (μm)

di = diameter hasil reduksi (μm)

Wi = indeks kerja motor (kW jam/ton) dari Tabel 12.2, Walas, 1988, Wi untuk padatan SKK adalah 13,81 P = 61.35505× 10 × 13,81 × (1/ 12500 – 1/ 50000 )

P = 37,893 kW × (1 HP / 0,74570 kW) P = 50,815 HP

(57)

LC.5 Belt Conveyor (J-101)

Fungsi : Mengalirkan Umpan Kayu Karet ke Chipper (C-101)

Bahan konstruksi : Carbon steel

Bentuk : Horizontal screw conveyor Jumlah : 2 unit

Temperatur T = 30°C (303,15 K) Tekanan operasi P = 1 atm (101,325 kPa)

Jarak angkut L = 10 m

Laju alir bahan F = 61355,05 kg/jam (per unit conveyor) = 17,04kg/s Densitas bahan ρ = 1,3 kg/L = 1300 kg/m3 = 1,3 gr/cm3

Direncanakan dalam 1 proses cukup ditempuh 1/12 jam kerja (5 menit)

 F

Q  = 61355,05/1300 = 47,196 x 5 = 235,981 m3/jam = 0,0655 m3/s

Kemampuan daya laju Volumetrik screw converyer 0,0655 m3/s

Daya conveyor : P = 0,07 F0,82L (Peters, 2004)

dimana :

P = Daya conveyor (kW) F = Laju alir massa (kg/s) L = Jarak angkut (m) P = 0,07 × (17,04)0,82 × 10

= 7,161kW = 9,603 HP

(58)

Fungsi : Mengalirkan umpan SKK ke Rotary Dryer (B-101) Bahan konstruksi : Carbon steel

Bentuk : Horizontal scew conveyor Jumlah : 2 unit

Laju alir bahan F = 61355,05 kg/jam (per unit conveyor) = 17,04kg/s Densitas bahan ρ = 1,3 kg/L = 1300 kg/m3 = 1,3 gr/cm3

 F

Q  = 61355,05/1300 = 47,196 x 5 = 235,981 m3/jam = 0,0655 m3/s

Daya conveyor : P = 0,07 F0,82L (Peters, 2004) dimana :

P = Daya conveyor (kW) F = Laju alir massa (kg/s) L = Jarak angkut (m) P = 0,07 × (17,04)0,82 × 10

= 7,161kW = 9,603 HP

Dalam hal ini, digunakan daya motor standar 10 HP

Fungsi : Mengalirkan umpan SKK ke Gasifier (R-202) Bahan konstruksi : Carbon steel

Laju alir bahan F = 55219,55kg/jam (per unit conveyor) = 15,338 kg/s Densitas bahan ρ = 1,3 kg/L = 1300 kg/m3 = 1,3gr/cm3

(59)

 F

Q  = 55219,55/1300 = 42,476 x 5 = 212,383 m3/jam = 0,0589 m3/s

Daya conveyor : P = 0,07 F0,82L (Peters, 2004) dimana : P = Daya conveyor (kW)

F = Laju alir massa (kg/s) L = Jarak angkut (m) P = 0,07 × (15,338)0,82 × 10 = 6,568196 kW = 8,808 HP

Dalam hal ini, digunakan daya motor standar 9 HP

LC.8 Belt Conveyor 1 (J-102)

Fungsi : Mengalirkan Olivine menuju Char Combustor (R-201) Bahan konstruksi : Carbon steel

Laju alir bahan F = 2878,581 kg/jam (per unit conveyor) = 0,7996 kg/s Densitas bahan ρ = 3320 kg/m3

 F

Q  = 2878,581/3320 = 0,8671 x 10 = 8,671 m3/jam = 0,002408 m3/s

F = Laju alir massa (kg/s) L = Jarak angkut (m)

P = 0,07 × (0,799)0,82 × 10 = 0,5827 kW = 0,781 HP

(60)

Fungsi : Mengalirkan olivine dan MgO menuju Char Combustor (R-201)

Bahan konstruksi : Carbon steel

Bentuk : Horizontal screw conveyor Jumlah : 2 unit

Temperatur T = 30°C (303,15 K) Tekanan operasi P = 1,7 atm (101,325 kPa)

Laju alir bahan F = 2911,824 kg/jam (per unit conveyor) = 0,808 kg/s Densitas bahan ρ = 3320,311 kg/m3

 F

Q  = 2911,824/3320,31 = 0,8769 x 10 = 8,769 m3/jam = 0,002436 m3/s

Daya conveyor : P = 0,07 F0,82L (Peters, 2004) dimana :

P = Daya conveyor (kW) F = Laju alir massa (kg/s) L = Jarak angkut (m) P = 0,07 × (0,808)0,82 × 10 = 0,58823 kW = 0,7888 HP

Fungsi : Mengalirkan olivine menuju reformer (R-203) Bahan konstruksi : Carbon steel

(61)

Densitas bahan ρ = 3320 kg/m3

 F

Q  = 30/3320 = 0,009036 x 10 = 0,09036 m3/jam = 0,0000251 m3/s

F = Laju alir massa (kg/s) L = Jarak angkut (m)

P = 0,07 × (0,0083)0,82 × 10

= 0,013809 kW = 0,018518 HP

LC.11 Rotary Dryer (B-101)

Fungsi : Mengurangi kadar air dalam SKK Tipe : Steam Tube Dryer

Jumlah : 1 unit

Tabel LC. 1 Komposisi padatan dalam Dryer (B-101)

Komposisi Massa Densitas V campuran

Kayu karet 97186,4 1300 74,758 Air 25523,701 1000 25,523 Total 122710,1 100,282 3 tan laru 1223,645kg /m 

Beban panas = 4913045 kJ/jam = 255315 btu/jam Jumlah steam yang dibutuhkan = 29776,032 kg/jam Perhitungan volume rotary dryer,

Faktor kelonggaran = 10 %

Volume rotary dryer = 100,282 m3  1,1 = 110,3102 m3

(62)

Perhitungan luas permukaan rotary dryer,

Temperatur saturated steam = 146 0C = 294,8 0F Temperatur umpan masuk rotary dryer = 30 0C = 86 0F Temperatur umpan keluar rotary dryer = 120 0C = 248 0F

Ud = 110 btu/jam.0F.ft2 (Perry,1999) LMTD =



 











_          86 8 , 294 248 8 , 294 ln 86 8 , 294 248 8 , 294 = 108,325 0F

Luas permukaan rotary dryer, A =

LMTD Ud Q  = 108,325 110 255315  = 21,4 ft 2

Perhitungan waktu tinggal (retention time), 

 = S s V   075 , 0 ... (Schweitzer,1979)

Dimana : V = Volume rotary dryer ρs = Densitas campuran umpan S = Laju massa campuran umpan Maka,  = 122710,1 645 , 1223 110,3102 075 , 0   = 0,0825 jam = 4,95 menit

Dari tabel 12–22 (Perry, 1999) untuk kondisi operasi di atas diperoleh: Diameter rotary dryer = 0,965 m

Panjang rotary dryer = 4,572 m Putaran rotary dryer = 6 rpm Daya motor = 2,2 HP Tube steam OD = 114 mm Jumlah tube steam = 14 buah

(63)

LC.12 Gasifier (R-202)

Fungsi : Mengubah umpan serbuk kayu karet (SKK) menjadi gas sintesa (gasifikasi)

Bahan konstruksi : Carbon steel

Bentuk : Fliudized Bed Reactor Jumlah : 2 unit Data Desain : Tekanan = 1,701 atm Temperatur = 870 oC ρg = 0,946 kg/m3 (Estimasi Hysys v.3.2) ρchar = 970 kg/m3 ρp = 2600 kg/m3 g = 9,8 m/s2 dpchar = 0,2 mm = 0,0002 m dpolivine = 0,2 mm = 0,0002 m μg = 0,00001309 Ns/m2 (Pa-s)

Karena besarnya kapasitas pabrik, maka aliran umpan dibagi menjadi 2 aliran, sehingga menggunakan 2 rangkaian gasifier yang identik ukurannya.

mg = 19303,649 kg/jam mchar = 10394,054 kg/jam molivine = 1308445,772 kg/jam mp = 1318839,826 kg/jam ρolivine = 2600 kg/m3 (Kunii, 1991) Langkah-langkah perhitungan:

1. Menghitung diameter partikel rata-rata (dp”)

dp” =



( / ) 1 dpi xi (Kunii, 1991) ∑(xi/dpi) = olivine p olivine char p char dp m m dp m m    = 5000 dp” = 0,0002 m

(64)

2. Menghitung minimum fluidization velocity (Umf) Umf = ₀_,₈₈ 94 , 0 82 , 1 3 ) ( " 10 9 , 7 g g p dp        = 0,046 m/s

3. Menghitung bilangan Reynold pada Umf (Remf)

Remf = g g dp Umf    

(Rowe & Yates, 1987)

= 0,671

Karena Remf < 10, maka Umf tidak perlu dikoreksi atau factor koreksi (f) = 1

(Rowe & Yates, 1987)

Umfcorr = f × Umf

f = 1

Umfcorr = 0,046 m/s

4. Menghitung terminal velocities of particle (Ut)

Sp = 0,86 (Kunii, 1991) dp* = ₂_/₃ 3 / 1 ) ) ( ( g g p g g dp         (Kunii, 1991) = 0,0002 × 001 , 0 783 , 28 = 10,403

Dari Fig. 10, Chap. 3, Kunii, p. 81, pada dp* = 10,403 ut* = 2,8 Ut = ut* × ₂_/₃ 3 / 1 ) ) ( ( g g p g g        (Kunii, 1991) = 2,8 × 963 , 0 691 , 0 = 2,007 m/s

5. Menentukan operating gas velocity (Uf)