Pembuatan Silikon Karbida (SiC) dari Pasir Silika (SiO2) dan Karbon (C) dengan Kapasitas 30.000 Ton/Tahun

(1)

LAMPIRAN A

NERACA MASSA

A.1 PERHITUNGAN PENDAHULUAN A.1.1 Menghitung Kapasitas Produksi

Kapasitas produksi Silikon Karbida = 30.000 ton/tahun, dengan kemurnian 87% (% berat) dengan ketentuan sebagai berikut:

1 tahun = 330 hari kerja 1 hari = 24 jam

Kapasitas produksi tiap jam = 30.000 . tahun

ton

. hari 330

tahun 1

. jam 24

hari 1

ton 1

kg

1000

= 3.787,8788 kg/jam

Produk Akhir = Silikon Karbida (SiC) dengan kemurnian 87 % Kapasitas produksi = 3.787,8788 kg/jam

Massa SiC Murni = 87 % x 3.787,8788 kg/jam = 3.295,3842 kg/jam

Mol SiC murni =

SiC Mr

SiC F ₌

0962 , 40

3.295,3842_{= 82,1869 kmol/jam} Massa impuritis

 SiO2 (4,93%) = 186,8109 kg/jam  C (3,21%) = 121,5447 kg/jam  Na2O (2,60%) = 98,5025 kg/jam  FePO4 (2,26%) = 85,6365 kg/jam

A.1.2 Menghitung Kapasitas Feed

Reaksi :

SiO2 + 3 C → SiC + 2 CO

- Pereaksi pembatas :SiO2

- Konversi SiO2 sebesar 96 %

(2)

Mol SiO2 = = 5.125,1287 kg/jam

Bahan baku dan Rasio (%wt)

1. Pasir Silika (SiO2) = 56,5% Jumlah bahan baku :

(3)

A.2 PERHITUNGAN NERACA MASSA A.2.1 Mixer (M-101)

Fungsi: Tempat pencampuran semua bahan baku

SiO2

(4)

Neraca massa total :

Tabel A.1 Neraca massa pada Tangki Mixer

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

Alur 5 Alur 4 Alur 6

10Na2O.30SiO2.60H2O 556,6371 - -

SiO2 - 4.838,4606 5.125,1287

C - 3.082,9129 3.082,9129

FePO4 - 85,6365 85,6365

Na2O - - 98,5025

H2O - - 171,4665

Subtotal 556,6371 8.007,0100 8.563,6471

Total 8.563,6471 8.563,6471

A.2.2 Pelletizing Machine (PL-102)

Fungsi : Mengubah dan membentuk slurry menjadi pellet

Neraca massa komponen: Alur 6

F(6)SiO2 = 4.838,4606 kg/jam

F(6) FePO4 = 85,6365 kg/jam

F(6) C = 3.082,9129 kg/jam

F(6) Na2O = 98,5025 kg/jam

F(6) H2O = 171,4665 kg/jam SiO2

C FePO4

10Na2O.30SiO2.60H2O

SiO2

C FePO4

10Na2O.30SiO2.60H2O

30o_{C, 1 atm} ₄₀o_{C, 1 atm}

H2O 7

6 8

(5)

Alur 7

Dari Tabel 20.44 Perry Handbook, moisture requirements untuk mengubah dan membentuk slurry menjadi pellet berkisar antara 13,0 – 13,9 % H2O.

Misalkan, jumlah total = X kg/jam

X = 8.563,6471 + 0,139 X X = 9.747,0158 kg/jam

F(7) H2O =

=

(0,139 x 9.747,0158) – 171,4665 1.183,3687 kg/jam

Alur 8

F(8)SiO2 = 5.125,1287 kg/jam

F(8) FePO4 = 85,6365 kg/jam

F(8) C = 3.082,9129 kg/jam

F(8) Na2O = 98,5025 kg/jam

F(8) H2O = 1.354,8352 kg/jam

Neraca massa total :

Tabel A.2 Neraca massa pada Pelletizing Machine (L-102)

Alur 6 Alur 7 Alur 8

SiO2 5.125,1287 - 5.125,1287

C 3.082,9129 - 3.082,9129

FePO4 85,6365 - 85,6365

Na2O 98,5025 - 98,5025

H2O 171,4665 1.183,3687 1.354,8352

Subtotal 8.563,6471 1.183,3687 9.747,0158

(6)

A.2.3 Burner (B-101)

Fungsi : Tempat pembakaran gas alam sebagai sumber panas Rotary Kiln Preheater (B-102)

Udara

E-139

Gas Alam

B-101

30o

C, 2 atm 30o

C, 2 atm 863o

C, 1 atm

O2

N2

CO2

H2O

FC

13

10

12 11

Dimana :

- Komposisi gas alam (alur 22) : X(10)CH4 = 90 %

X(10)C2H6 = 7,5 %

X(10)C3H8 = 1,25 %

X(10)C4H10 = 1,25 %

(Speight, dkk., 2006)

- Komposisi Udara : X(12) O2 = 21 %

X(12)N2 = 79 %

- Reaksi :

1. CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O

(7)

σ CH4 = -1

σ O2 = -2

σ CO2 = 1

σ H2O = 2

2. C2H6 + 72O2 → 2CO2 + 3H2O

Konversi C2H6≈ 100%

σ C2H6 = -1

σ O2 = -72 σ CO2 = 2

σ H2O = 3

3. C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O

σ C3H8 = -1

σ O2 = -5

σ CO2 = 3

σ H2O = 4

4. C4H10 + 132O2→ 4CO2 + 5H2O

σ C4H10 = -1

σ O2 = -132 σ CO2 = 4

σ H2O = 5

Karena pembakaran dengan menggunakan oksigen berlebih dari udara, maka reaksi pembakaran gas alam mempunyai konversi yang mendekati 100%.

(8)

Perhitungan neraca massa :

16.958,413 = 587,8065 kg/jam

N(12)O2 = X(12)O2 x N(12) = 123,4394 kmol/jam

F(12)O2 = N(12)O2 x Mr O2 = 3.949,9115 kg/jam

N(12)N2 = X(12)N2 x N(12) = 464,3671 kmol/jam

(9)

Alur 13

N(13) CH4 = N(10) CH4– r CH4 = N(10) CH4– (konversi x N(10) CH4)

= 30,0480 – (1 x 30,0480) = 0

N(13) C2H6 = N(10) C2H6 – r C2H6 = N(10) C2H6– (konversi x N(10) C2H6)

= 2,5040 – (1 x 2,5040) = 0

= 0,4173 – (1 x 0,4173) = 0

N(13)O2 = N(12)O2– (2 x rCH4) – (72x r C2H6) – (5 x r C3H8) – (132 x r C4H10)

= 123,4394 – (2 x (1 x 20,0320) – (72x (1 x1,6693) – (5 x (1 x 0,4173 – (132x(1 x 0,4173)

= 49,7800 kmol/jam

F(13)O2 = N(13)O2 x Mr O2 = 1.592,9880 kg/jam

F(13)N2 = F(12)N2 = 13.008,5023 kg/jam

N(13)CO2 = N(12)O2– (2 x rCH4) – (72x r C2H6) – (5 x r C3H8) – (132 x r C4H10)

= (123,4394 x (1 x 30,0480) + (2 x (1 x 2,540) + (3 x (1 x 0,4173) + (4 x (1 x 0,4173)

= 37,9773 kmol/jam

F(13)CO2 = N(13)CO2 x Mr CO2 = 1.671,2871 kg/jam

N(13)H2O = (2 x rCH4) + (3 x r C2H6) + (4 x r C3H8) + (5 x r C4H10)

(10)

= 71,3640 kmol/jam

F(13)H2O = N(13)H2Ox Mr H2O = 1.285,6364 kg/jam

Neraca massa total:

Tabel A.3 Neraca massa pada Burner (B-101)

Alur 10 Alur 12 Alur 13

CH4 482,0449 - -

C2H6 75,2953 - -

C3H6 18,4027 - -

C4H8 24,2571 - -

O2 - 3.949,9115 1.592,9880

N2 - 13.008,5023 13.008,5023

CO2 - - 1.671,2871

H2O - - 1.285,6364

Subtotal 600,0000 16.958,4138 17.558,4138

(11)

A.2.4 Rotary Kiln Preheater (B-102)

Fungsi: Pemanas awal bahan baku sampai suhu 6170C, sebelum dikirim ke Electric Furnace (B-103)

Dimana :

Asumsi oksigen (O2) tidak bereaksi dengan pasir silika (SiO2) dan Karbon (C)

Neraca massa komponen Alur 9 :

Massa masuk alur 9 Rotary Kiln Preheater (B-102) = Massa keluar alur 8 Pelletizing Machine (L-101)

F(9)SiO2 = 5.125,1287 kg/jam

F(9) FePO4 = 85,6365 kg/jam

F(9) C = 3.082,9129 kg/jam

F(9) Na2O = 98,5025 kg/jam

F(9) H2O = 1.354,8352 kg/jam

SiO2

C FePO4

Na2O

O2

N2

CO2

H2O

O2

N2

CO2

H2O

SiO2

C FePO4

H2O

10Na2O.30SiO2.60H2O

9

14

13

15

6170_{C, 1 atm}

8630_{C, 1 atm}

6250_{C, 1 atm}

(12)

Alur 13 :

Massa masuk alur 13 Rotary Kiln Preheater (B-102) = Massa keluar alur 13 Burner

(B-101)

F(13)CO2 = 1.671,2871 kg/jam

F(13)N2 = 13.008,5023 kg/jam

F(13)O2 = 1.592,9880 kg/jam

F(13)H2O = 1.285,6364 kg/jam

Alur 15 :

F(15)SiO2 = 5.125,1287 kg/jam

F(15) FePO4 = 85,6365 kg/jam

F(15) C = 3.082,9129 kg/jam

F(15) Na2O = 98,5025 kg/jam

Alur 14 :

F(14)CO2 = F(13)CO2 = 1.671,2871 kg/jam

F(14)N2 = F(13)N2 = 13.008,5023 kg/jam

F(14)O2 = F(13)O2 = 1.592,9880 kg/jam

F(14)H2O = F(9)H2O + F(13) H2O

(13)

Neraca massa total

Tabel A.4 Neraca massa pada Rotary Kiln Preheater (B-102)

Alur 9 Alur 13 Alur 15 Alur 14

SiO2 5.125,1287 - 5.125,1287 -

C 3.082,9129 - 3.082,9129 -

FePO4 85,6365 - 85,6365 -

Na2O 98,5025 - 98,5025 -

O2 - 1.592,9880 - 1.592,9880

N2 - 13.008,5023 - 13.008,5023

CO2 - 1.671,2871 - 1.671,2871

H2O 1.354,8352 1.285,6364 - 2.640,4716

Subtotal 9.747,0158 17.558,4138 8.392,1806 18.913,2490

(14)

A.2.5 Electric Furnace (B-103)

Fungsi: Tempat reaksi reduksi dimana terjadinya pembentukan SiC pada suhu 16000C

SiO2 C FePO4 Na2O

SiC SiO2 C FePO4 Na2O

N2

CO2

Udara 1400o_{C, 1 atm}

30oC, 1,2 atm

1600o_{C, 1 atm}

617o_{C, 1 atm}

18 15

16 17

Reaksi :

- SiO2 + 3 C → SiC + 2 CO

Konversi SiO2 sebesar 96 %

σ SiO2 = -1

σ C = -3

σ SiC = 1 σ CO = 2

- CO + 12O2 → CO2

Konversi CO ≈ 100%

σ CO = -1

(15)

(16)

F(16)O2 = N(16)O2 x Mr O2 = 82,1869 x 31,9988

= 2.629,8837 kg/jam N(16)N2 =

2 ) 16 ( % 21

% 79

O N

 = 82,1869

% 21

% 79



= 309,1795 kmol/jam

F(16)N2 = N(16)N2 x Mr N2 = 309,1795 x 28,0134

= 8.661,1680 kg/jam

Alur 17

F(17)N2 = F(16)N2 = 8.661,1680 kg/jam

N(17)CO2 = r CO = 1x(2 x r SiO2)

= 1x(2 x 0,96 x 85,2960) = 164,3739 kmol/jam F(17)CO2 = N(17)CO2 x Mr CO2

= 164,3739 x 44,0962 = 7.234,1854 kg/jam

Neraca massa total:

Tabel A.5 Neraca massa pada Electric Furnace (B-103)

SiO2 5.125,1287 - - 186,8109

C 3.082,9129 - - 121,5447

FePO4 85,6365 - - 85,6365

Na2O 98,5025 - - 98,5025

O2 - 2.629,8837 - -

N2 - 8.661,1680 8661,1680 -

CO2 - - 7234,1854 -

SiC - - - 3.295,3842

Subtotal 8.392,1806 11.291,0517 15.895,3534 3.787,8788

(17)

A.2.6 Mixing Point (M-102)

Neraca massa komponen Alur 22

F(22)CO2 = 1.671,2871 kg/jam

F(22)N2 = 13.008,5023 kg/jam

F(22)O2 = 1.592,9880 kg/jam

F(22)H2O = 2.640,4716 kg/jam

Alur 23

F(21)N2 = 8.661,1680 kg/jam

F(21)CO2 = 7234,1854 kg/jam

Alur 24

F(24)CO2 = F(22) CO2 + F(23) CO2

= 8.905,4725 kg/jam F(24)N2 = F(22)N2 + F(23)N2

= 21.669,6703 kg/jam F(24)O2 = 1.592,9880 kg/jam

F(24)H2O = 2.640,4716 kg/jam

625oC, 5 atm

M-102

FC

O

2

N

2

CO

2

H

2

O

2

N

2

CO

2

H

2

O

2

N

2

1400oC, 5 atm

1031oC, 5 atm

22

23

(18)

Tabel A.6 Neraca Massa pada Mixing Point (M-102)

Alur 22 Alur 23 Alur 24

O2 _1.592,9880 - _1.592,9880

N2 _13.008,5023 _8661,1680 _21.669,6703

CO2 _1.671,2871 _7234,1854 _8.905,4725

H2O _2.640,4716 - _2.640,4716

Subtotal _18.913,2490 _15895,3534 _34.808,6025

Total 34.808,6025 34.808,6025

A.2.7 Steam Boiler (E-201)

Fungsi: Memanaskan boiler feed water untuk menghasilkan superheated steam

-PC

TC

O2

N2

CO2

H2O

O2

N2

CO2

H2O

600o_{C, 1atm}

90o_{C, 148 atm}

565oC, 148 atm

100o_{C, 1 atm} 25

26

(19)

Neraca massa komponen Alur 25 = Alur 27

F(24)CO2 = F(27)CO2 = 8.905,4725 kg/jam

F(24)N2 = F(27)N2 = 21.669,6703 kg/jam

F(24)O2 = F(27)O2 = 1.592,9880 kg/jam

F(24)H2O = F(27)H2O = 2.640,4716 kg/jam

Alur 26 = Alur 28

F(26)H2O = F(28)H2O = 24.016,2058 kg/jam

Tabel A.7 Neraca massa pada Steam Boiler (E-201)

O2 1.592,9880 - - 1.592,9880

N2 21.669,6703 - - 21.669,6703

CO2 8.905,4725 - - 8.905,4725

H2O 2.640,4716 24.016,2058 24.016,2058 2.640,4716

Subtotal 34.808,6025 24.016,2058 24.016,2058 34.808,6025

(20)

LAMPIRAN B

PERHITUNGAN NERACA PANAS

Basis perhitungan : 1 jam operasi

Satuan Operasi : kJ/jam

Temperatur referensi : 250C (298 K)

Kapasitas : 30.000 ton/tahun

Perhitungan neraca panas menggunakan rumus sebagai berikut: Perhitungan beban panas pada masing-masing alur masuk dan keluar.

Q = H =



T

T_ref nxCpxdT (Smith dan Van Ness, 2001)

Persamaan umum untuk menghitung kapasitas panas adalah sebagai berikut: 3

2 , a bT cT dT

Cp_x_T    

Jika Cp adalah fungsi dari temperatur maka persamaan menjadi :

dT

Untuk sistem yang melibatkan perubahan fasa persamaan yang digunakan adalah :



(21)

B.1 Data-Data Kapasitas Panas, Panas Perubahan Fasa, dan Panas Reaksi Komponen

Tabel B.1 Data Kapasitas Panas Komponen Cair ( J/mol K)

Kapasitas Panas Cairan, Cpl = a + bT + CT2 + dT3 + eT4 (J/mol K)

Komponen a b c d e

H2O 1,82964E+01 4,72118E-01 -1,33878E-03 1,31424E-06 0,00000E+00 (Perry, 2007)

Tabel B.2 Data Kapasitas Panas Komponen Gas ( J/mol K)

Kapasitas Panas Gas, Cpg = a + bT + CT2 + dT3 + eT4 (J/mol K)

Komponen a b c d e

O2 2,9883E+01 -1,1384E-02 4,3378E-05 -3,7006E-08 1,0101E-11

N2 2,9412E+01 -3,0068E-03 5,4506E-05 5,1319E-09 -4,2531E-12

CO2 1,9022E+01 7,9629E-02 -7,3707E-05 3,7457E-08 -8,1330E-12 H2O 3,4047E+00 -9,6506E-03 3,2998E-05 -2,0447E-08 4,3023E-12 CH4 3,8387E+01 -2,3664E-02 2,9098E-04 -2,6385E-07 8,0068E-11 C2H6 3,3834E+01 -1,5518E-02 3,7689E-04 -4,1177E-07 1,3889E-10 C3H8 4,7266E+01 -1,3147E-01 1,1700E-03 -1,6970E-06 8,1891E-10 C4H10 6,6709E+01 -1,8552E-01 1,5284E-03 -2,1879E-06 1,0458E-09 (Perry, 2007)

Tabel B.3 Kapasitas Panas Padatan (s)

Kapasitas Panas Padatan, Cps = a + bT + cT-2 (kal/mol K)

Komponen a b c T range (K)

SiO2

10,87 0,0087 -241.200 273 – 848

10,95 0,0055 - 848 – 1.873

SiC 8,89 0,0029 -284.000 173 – 1.629

C 2,637 0.0026 -116.900 273 – 1.373

(22)

Tabel B.4 Data Panas Reaksi Pembentukan

Komponen Panas Reaksi Pembentukan (∆Hf, 25

0

C) ( kJ/kmol)

CH4 -78.451,6774

C2H6 -84.684,0665

C3H8 -103.846,7654

C4H10 -126.147,4607

H2O -241.834,9330

CO2 -393.504,7656

CO -110.541,1580

SiO2 -851.385,7800

SiC -117.230,4000

(Perry, 2007)

B.2 Perhitungan Neraca Panas B.2.1 Pelletizing Machine

Fungsi : Memperbesar ukuran bahan menjadi bentuk pellet, untuk memperbesar porositas bahan.

Asumsi : Selama proses terjadi kenaikan suhu bahan menjadi 400C.

SiO2

C FePO4

10Na2O.30SiO2.60H2

O 10Na2O.30SiO2.60H2

O

SiO2

C FePO4

5

4 6







 

 N CpdT N CpdT

dT

dQ in

s out

s

303

298 313

(23)

a. Menghitung Panas Masuk SiO2 : Qi SiO2 = N6SiO2.



303

298

2 dT

Cp_SiO

= 85,2960 (kmol/jam). 1840,5824 (J/mol) = 156.994,2867 (kJ/jam)

C : Qi C = N6 C.



303

298

dT CpC

= 256,6805 (kmol/jam). 529,4370 (J/mol) = 135.896,1639 (kJ/mol)

FePO4 : Qi FePO4 = N6FePO4.



303

298

4 dT

Cp_FePO

= 0,5678 (kmol/jam). 474,5705 (J/mol) = 269,4703 kJ/jam

Na2O : Qi Na2O = N6Na2O.



303

298

2 dT

CpNaO

H2O : Qi H2O = N7H2O.



303

298

2 dT

Cp_H_O

= 9,5179 (kmol/jam). 374,6878 (kJ/mol) = 3.566,2332 kJ/jam

b. Menghitung Panas Keluar SiO2 : Qo SiO2 = N8SiO2.



313

298

2 dT

Cp_SiO

= 85,2960 (kmol/jam). 2.301,5507 (J/mol) = 196.313,0313 (kJ/jam)

C : Qo C = N8C.



313

298

dT CpC

(24)

FePO4 : Qo FePO4 = N8FePO4.



313

298

4 dT

Cp_FePO

= 0,5678 (kmol/jam). 1.461,4185 (J/mol) = 830,4358 kJ/jam

Na2O : Qo Na2O = N8Na2O.



313

298

2 dT

CpNaO

= 1,5893 (kmol/jam). 1.050,3585 (J/mol) = 1.668,7526 kJ/jam

H2O : Qo H2O = N8H2O.



313

298

2 dT

Cp_H_O

= 9,5179 (kmol/jam). 1.125,7408 (kJ/mol) = 10.714,6635 kJ/jam

Tabel B. 5 Neraca Energi pada Pelletizing Machine (L-102)

Komponen Masuk (kJ) Keluar (kJ)

SiO2 156.994,2867 196.313,0313

C 135.896,1639 159.650,8941

Na2O 269,4703 1.668,7526

FePO4 550,6137 830,4358

H2O 3.566,2332 10.714,6635

Jumlah 297.276,7679 369.177,7774

∆Hr - -

Q 71.901,0095 -

(25)

B.2.2 Bucket Elevator (C-110)

Fungsi : Mengangkut bahan baku dari pelletizing machine ke rotary kiln pre-heater.

Asumsi : terjadi penurunan suhu bahan menjadi 35 0C, selama pengangkutan.

40oC, 1 atm

35o_{C, 1 atm} SiO2 C FePO4

10Na2O.30SiO2.60H2 O

H2O

H2 O SiO2

C FePO4

10Na2O.30SiO2.60H2 O

8 9

a. Menghitung Panas Masuk

Panas masuk bucket elevator sama dengan panas keluar pelletizing machine pada alur 8, yaitu = 369.177,7774 kJ/jam.

b. Menghitung Panas Keluar SiO2 : Qo SiO2 = N9SiO2.



308

298

2 dT

CpSiO

= 85,2960 (kmol/jam). 2.069,7463 (kJ/mol) = 176.541,0481 (kJ/jam)

C : Qo C = N9C.



308

298

2dT

Cp_SiO

= 256,6805 (kmol/jam). 575,1541 (J/mol) = 147.630,8532 (kJ/mol)



308

298

2 dT

Cp_SiO



308

298

2 dT

CpSiO

(26)

H2O : Qo H2O = N9H2O.



308

298

2 dT

Cp_SiO

= 9,5179 (kmol/jam). 749,9460 (J/mol) = 7.137,8942 kJ/jam

Tabel B.6 Neraca Energi pada Bucket Elevator (C-110) Komponen Masuk (kJ/jam) Keluar (kJ/jam)

H8 H9

SiO2 196.313,0313 176.541,0481

C 159.650,8941 147.630,8532

Na2O 1.668,7526 1.107,0712

FePO4 830,4358 546,0781

H2O 10.714,6635 7.137,8942

Jumlah 369.177,7774 332.962,9448

∆Hr - -

Q - 36.214,8326

(27)

B.2.3 Burner (B-101)

Fungsi : Tempat pembakaran gas alam sebagai sumber panas preheater (B-102)







_

_



_{ }



 r H C N CpdT N CpdT

dT

dQ in

s out

s r

303

298 1136

298 0

30 .

a. Menghitung Panas Reaksi Pembakaran Gas Alam (∆Hr) Reaksi pembakaran gas alam:

CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(g) ………(1)

C2H6(g) + 72O2(g) → 2CO2(g) + 3H2O(g) ………(2) C3H8(g)+ 5O2(g) → 3CO2(g) + 4H2O(g) ………(3)

C4H10(g) + 132O2(g) → 4CO2(g) + 5H2O(g) ………(4)

1) Panas Reaksi Pembakaran Metana (CH4)

∆Hr(1) (30oC) = ∆Hro(1) +





  



303

298

2 4

2

2 2Cpl Cpg 2Cpg dT

Cpg_CO _H_O _CH _O

r(1) = 30,0480 kmol/jam

∆Hro(1) = ∆Hro(CO2) + 2 ∆Hro(H2O)–∆Hro(CH4)–2 ∆Hro(O2)

= -393.504,7656 +2 x (-241.834,933) – (-78.451,6800) – 2 x (0)

(28)

∆Hr(1) (30oC) = ∆Hro(1) +





  



303

298

2 4

2

2 2Cpl Cpg 2Cpg dT

Cpg_CO _H_O _CH _O

= -798.722,9542 + [(186,2256) + ( 2 x 374,6878) – (255,2257) – (2 x 147,2875)]

= -798.337,1537 J/mol

2) Panas Reaksi Pembakaran Etana (C2H6)

∆Hr(2) (30oC) = ∆Hro(2) +





  



303

298

2 7

2 6

2 2

2 3

2Cpg_CO Cpl_H_O Cpg_C_H Cpg_O dT

r(2) = 2,5040 kmol/jam

∆Hro(2) = 2 ∆Hro(CO2) + 3 ∆Hro(H2O) - ∆Hro(C2H6)– 72 ∆Hro(O2)

= 2x(-393.504,7656) + 3x(-241.834,933) – (-84.684,0665) – 72x(0)

= -1.427.830,2637 J/mol

∆Hr(2) (30oC) = ∆Hro(2) +





  



303

298

2 7

2 6

2 2

2 3

2CpgCO CplHO CpgCH CpgO dT

= -1.427.830,2637+ [(2 x 186,2256) + ( 3 x 374,6878) – (265,8178) – (72 x 147,2875)]

= -1.427.152,1744 J/mol

3)Panas Reaksi Pembakaran Propana (C3H8)

∆Hr(3) (30oC) = ∆Hro(3) +





  



303

298

2 8

3 2

2 4 5

3CpgCO CplHO CpgCH CpgO dT

r(3) = 0,4173 kmol/jam

∆Hro(3) = 3∆Hro(CO2) + 4 ∆Hro(H2O) - ∆Hro(C3H8)–5 ∆Hro(O2)

= 3x(-393.504,7656) +4x(-241.834,933) – (-103.846,7654) – 5 x (0)

(29)

∆Hr(3) (30oC) = ∆Hro(3) +





  



= -2.043.056,4796 J/mol

4)Panas Reaksi Pembakaran Butana (C4H10)

∆Hr(4) (30oC) = ∆Hro(2) +





  



= 4x(-393.504,7656) + 5x(-241.834,933) – (-126.147,4607) – 132x(0)

= -2.657.046,2667 J/mol

∆Hr(4) (30oC) = ∆Hro(2) +





  



= -2.657.374,7234 J/mol

Panas Reaksi Total:

 

T

= (30,0480 x -798.337,1537) + (2,5040 x -1.427.152,1744) + (0,4173 x -2.043.056,4796) + (0,4173 )x (-2.657.374,7234)

(30)

b. Menghitung Panas Masuk 1) Panas Alur 10

CH4 : QiCH4 = N10CH4.



303

298

4 dT

Cpg_CH

= 30,0480 kmol/jam x 255,2257 J/mol = 7.669,0199 kJ/jam

C2H6 : QiC2H6 = N10C2H6.



303

298

6 2 dT

CpgCH

= 2,5040 kmol/jam x 265,8178 J/mol = 665,6076 kJ/jam

C3H8 : QiC3H8 = N10C3H8.



303

298

8 3 dT

Cpg_C_H

C4H10 : QiC4H10 = N10C4H10.



303

298

1 0 4 dT

CpgCH

2) Panas Alur 12

O2 : QiO2 = N12O2.



303

298

2 dT

Cpg_O

= 49,7800 kmol/jam x 147,2875 J/mol = 18.181,0788 kJ/jam

N2 : QiN2 = N12N2.



303

298

2 dT

CpgN

(31)

c. Menghitung Panas Keluar

(32)

Qo = N13O2.



(33)

Maka,

O2 : QiO2 = N13O2.



1136

298

2 dT

Cpg_O

= 49,7800 kmol/jam x 27.494,7093 J/mol = 1.368.687,9449 kJ/jam

N2 : QiN2 = N13N2.



1136

298

2 dT

CpgN

CO2 : QiCO2 = N13CO2.



1136

298

2 dT

Cpg_CO

H2O : QiH2O = N13H2O.



1136

298

2 dT

Cp_H_O

= 47,5760 kmol/jam x _

  

  

 





Cpl_H_OdT H_VL Cpv_H_OdT

1136

373 373

298

2 2

= 71,3640 x 52.141,7527 J/mol = 3.721.043,2095 kJ/jam

Tabel B.7 Neraca Energi pada Burner (B-101)

Komponen Masuk (kJ/jam) Keluar (kJ/jam)

H10 H12 H13

CH4 7.669,0199 - -

C2H6 665,6076 - -

C3H8 154,4995 - -

C4H10 204,7761 - -

O2 - 18.181,0788 1.368.687,9449

(34)

Tabel B.7 Neraca Energi ... (Lanjutan)

H10 H12 H13

CO2 - - 1.551.678,4385

H2O - - 3.721.043,2095

Jumlah 8.693,9032 96.043,8091 29.628.401,6133

Sub Total 104.737,7123 29.628.401,6133

∆Hr 29.523.663,9010 -

Total 29.628.401,6133 29.628.401,6133

B.2.4 Rotary KilnPre-Heater (B-102)

Fungsi : Pemanas awal bahan baku sampai suhu 6170C, sebelum dikirim ke Electric Furnace (B-103)

c. Menghitung Panas Masuk 1) Panas Alur 9

Panas masuk pada alur 9 Rotary Kiln Pre-Heater (B-102) sama dengan panas keluar pada alur 9 Bucket Elevator (C-110), yaitu: 369.177,7774 kJ/jam

SiO2 C FePO4 Na2O

O2 N2 CO2 H2O O2

N2 CO2 H2O

SiO2 C FePO4 H2O

10Na2O.30SiO2.60H2O

9

14

13

15

6170_{C, 1 atm}

8630_{C, 1 atm}

6250_{C, 1 atm}

(35)

2)Panas Alur 13

Panas masuk pada alur 13 Rotary Kiln Pre-Heater (B-102) sama dengan panas keluar pada alur 13 Burner (B-101) pada suhu 863 0C, yaitu: 29.628.401,6133 kJ/jam.

d. Menghitung Panas Keluar 1) Panas Alur 15

Panas keluar pada alur 15, pada suhu 6170C (873 K) SiO2 : Qo SiO2 = N15SiO2.



890

298

2 dT

CpSiO

C : Qo C = N15C.



890

298

dT Cp_C

FePO4: Qo FePO4 = N15FePO4.



890

298

4 dT

Cp_FePO

= 0,5678 kmol/jam x 96.469,7050 J/mol = 56.396,8703 kJ/jam

Na2O: Qo Na2O = N15Na2O.



890

298

2 dT

Cp_Na_O

= 1,5893 kmol/jam x 53.800,5248 J/mol = 88.032,5002 kJ/jam

2) Panas Alur 14

Panas keluar pada alur 14, pada suhu 6250C (898 K) O2 : QoO2 = N14O2.



898

298

2 dT

CpgO

(36)

N2: QoN2 = N14N2.



898

298

2 dT

Cpg_N

= 464,3671 kmol/jam x 29.531,7127 = 13.713.556,8035 kJ/jam

CO2 : QoCO2 = N14CO2.



898

298

2 dT

CpgCO

= 37,9773 kmol/jam x 32.417,3140 = 1.231.122,8678 kJ/jam

H2O : Tekanan di alur 14 sebesar 1 atm = 101,325 kPa

Titik didih air = 373 K

∆HVL(373) = 2.257,3 kJ/kg (Reklaitis, 1983)

= 2.257,3 kJ/kg x 18,016 kg/kmol = 40.667,5168 J/mol

QiH2O = N14H2O.



898

298

2 dT

CpHO

= N14H2O x 

  

 

 



_



Cpl_H_OdT H_VL Cpv_H_OdT

898

373 373

298

2 2

= 146,5691 kmol/jam x 50.498,3858 = 7.401.502,9396 kJ/jam

Tabel B.8 Neraca Energi pada Rotary KilnPre-Heater (B-102)

H9 H13 H15 H14

SiO2 176.541,0481 - 4.007.033,8625 -

C 147.630,8532 - 2.510.690,8311 -

FePO4 546,0781 - 56.396,8703 -

Na2O 1.107,0712 - 88.032,5002 -

(37)

Tabel .B.8 Neraca Energi pada Rotary ……… (B-102) (Lanjutan)

H9 H13 H15 H14

N2 - 22.986.992,0204 - 13.713.556,8035

CO2 - 1.551.678,4385 - 1.231.122,8678

Jumlah 332.962,9448 29.628.401,6133 666.2154,0641 23.299.210,4939

Sub Total 29.961.364,5581 29.961.364,5581

∆Hr - -

Q - -

Total 29.961.364,5581 29.961.364,5581

B.2.5 Electric Furnace (B-103)

Fungsi: Tempat reaksi reduksi dimana terjadinya pembentukan SiC pada suhu 16000C.







_

_



_{ }



 r H C N CpdT N CpdT

dT

dQ in

s out

s r

303

298 1135

298 0

(38)

a. Menghitung Panas Reaksi (∆Hr) 1) Panas Reaksi Reduksi Reaksi:

SiO2 + 3 C → SiC + 2 CO ……. (1)

∆Hr(1) (1600oC) = ∆Hro(1) +





  



1873

298

3

2Cpg Cps ₂ Cps dT

Cps_SiC _CO _SiO _C

r(1) = 81,8841 kmol/jam

∆Hro(1) = ∆Hro(SiC) + 2 ∆Hro(CO)–∆Hro(SiO2)–3 ∆Hro(C)

= -117.230,4000 + 2 x (-110.541,1580) - (-851.385,7800) – 3 x (0)

= 513.073,0640 J/mol

∆Hr(1) (1600oC) = ∆Hro(1) +





  



1873

298

3 2

2 Cps dT

Cps Cpg

Cps_SiC _CO _SiO _C

= 513.073,0640 + (-43.900,5072) = 469.172,5568 J/mol

2) Panas Reaksi Pembakaran Karbon Monooksida Reaksi:

CO + 12O2 → CO2 ……. (2)

r(2) = 163,7683 kmol/jam

∆Hro(2) = ∆Hro(CO2) - ∆Hro(CO)– 12 ∆Hro(O2)

= -393504,7656 – (-110541,1580) – 12 x (0) = -282.963,6076 J/mol

∆Hr(2) (1600oC) = ∆Hro(2) +





 



1873

298

2 1

2

2 Cpg Cpg dT

Cpg_CO _CO _O

(39)

Maka, panas reaksi total

 

T

Hr

r _i

i

i





2

= r Hr_i



C



i i

0 2

2

1600 





= r(1)∆Hr(1) (1600oC) + r(2)∆Hr(2) (1600oC)

= 81,8841 x 469172,5568 + 163,7683 x (-263242,3847) = -4.692.961,5647 kJ/jam

b. Menghitung Panas Masuk 1)Panas Masuk Alur 15

Panas masuk pada alur 15 Electric Furnace (B-103) sama dengan panas keluar pada alur 15 Fluidized Bed Preheater (B-102)

QSiO2 = 4.007.033,8625 kJ/jam

QC = 2.510.690,8311 kJ/jam

QFePO4 = 56.396,8703 kJ/jam

QNa2O = 88.032,5002 kJ/jam

2)Panas Masuk Alur 16

O2 : QiO2 = N16O2.



303

298

2 dT

CpgO

= 12.105,1121 kJ/jam N2 : QiN2 = N16N2



303

298

2 dT

Cpg_N

= 57.577,1166 kJ/jam

∑ Qi = Q15 + Q16

(40)

c. Menghitung Panas Keluar 1)Panas Keluar Alur 17

CO2 : QiCO2 = N17CO2.



1673

298

2 dT

Cpg_CO

= 11.774.571,9283 kJ/jam

N2 : QiN2 = N17N2



1673

298

2 dT

Cpg_N

= 37.057.546,7412 kJ/jam

2)Panas Keluar Alur 18

SiO2 : Qo SiO2 = N18SiO2.



1873

298

2 dT

CpSiO

= 383.393,0281 kJ/jam

C : Qo C = N18C.



1873

298

dT Cp_C

= 356.468,8006 kJ/jam

FePO4: Qo FePO4 = N18FePO4.



1873

298

4 dT

CpFePO

= 214.863,0053 kJ/jam

Na2O: Qo Na = N18Na2O.



1873

298

2 dT

Cp_Na_O

= 328.883,9479 kJ/jam

SiC: Qo SiC = N18SiC.



1873

298

2 dT

CpSiO

(41)

∑ Qo = Q17 + Q18

= 56.414.226,3280 kJ/jam

dQ/dt = r Hr_i

 

T

i

i 





2

+ Qo – Qi

= (-4.692.961,5647) + 56.414.226,3280 – 6.731.836.2929 ) = 44.989.428,4704 kJ/jam

Tabel B.9 Neraca Panas pada Electric Furnace (B-103)

H15 H16 H17 H18

SiO2 4.007.033,8625 - - 383.393,0281

C 2.510.690,8311 - - 356.468,8006

FePO4 56.396,8703 - - 214.863,0053

Na2O 88.032,5002 - - 328.883,9479

SiC - - - 6.298.498,8766

O2 - 12.105,1121 - -

N2 - 57.577,1166 37.057.546,7412 -

CO2 - 11.774.571,9283 -

Jumlah

6.662.154,0641 69.682,2287 48.832.118,6695 7.582.107,6585 Sub Total

6.731.836,2929

56.414.226,3280

∆Hr 4.692.961,5647 - Q

44.989.428,4704 -

(42)

B.2.6 Cooling Yard (A-101)

Fungsi: Menurunkan suhu produk SiC dari furnace menjadi 300C. T: 30 oC

SiC SiC

C C

T: 1600 oC SiO2 SiO2 T: 30oC

FePO4 FePO4

Na2O Na2O

T : 25 oC

Untuk mendinginkan bahan keluaran furnace dari 16000C menjadi 300C, estimasi suhu udara pendingin 250C, suhu udara panas keluar 30 oC.

Panas Masuk Alur 18

Panas masuk pada alur 19 Cooling Yard (A-101) sama dengan panas keluar pada alur 18 Electric Furnace (B-103):

∑Q19 : 7.582.107,6585 kJ/jam

Panas Keluar Alur 20

SiO2 : Qo SiO2 = N20SiO2.



303

298

2 dT

Cp_SiO

= 34,199.1793 kJ/jam

C : Qo C = N32C.



303

298

2dT

Cp_SiO

= 5,357.7440



303

298

2 dT

Cp_SiO

(43)



303

298

2 dT

Cp_SiO

= 585.6527 kJ/jam

SiC : Qo SiC = N32SiC.



303

298

2dT

Cp_SiO

= 55,700.2387 kJ/jam

∑Q20 = Qo SiO2 + Qo C + Qo FePO4 + Qo Na2O + Qo SiC

= 96,114.6300 kJ/jam

Beban Panas Udara Pendingin = ∑Q19-∑Q20

= 7,485,993.0285 kJ/jam

Q udara = N O2



303

298

2 dT

CpO + N N2



303

298

2 dT

CpN

7,485,993.0285 kJ/jam = N O2



303

298

2 dT

Cp_O + N N2



303

298

2 dT

Cp_N

7,485,993.0285 kJ/jam = 0,21 Nudara



303

298

2 dT

Cp_O + 0,79 Nudara



303

298

2 dT

Cp_N

Nudara = 45,694.7376 kmol/jam

Diperoleh massa udara yang diperlukan = 1,314,444.4793 kg/jam Tabel B.10 Neraca Panas pada Cooling Yard (A-101)

Komponen Qin (kJ/jam) Qout (kJ/jam)

Umpan 7.582.107,6585 -

Produk - 96.114,6300

Udara - 7.485.993,0285

(44)

B.2.7 Mixing Point (M-102)

a. Panas Masuk

1)Panas Masuk Alur 22 :

Panas keluar pada alur 22, pada suhu 6250C (898 K), 5 atm. O2 : QoO2 = N22O2.



898

298

2 dT

CpgO

= 49,78 kmol/jam x



8982

298

2 dT

CpgO

= 953.027,8831 kJ/jam

N2: QoN2 = N22N2.



898

298

2 dT

Cpg_N

= 464,3671 kmol/jam x



898

298

2 dT

CpgN

= 13.713.556,8035 kJ/jam



898

298

2 dT

Cpg_CO

= 37,9773 kmol/jam x



898

298

2 dT

Cpg_CO

= 1.231.122,8678 kJ/jam

625oC, 5 atm

M-102

FC

O

2

N

2

CO

2

H

2

O

2

N

₂

CO

2

H

2

O

2

N

2

1400oC, 5 atm

1031oC, 5 atm

22

23

(45)

H2O : Tekanan di alur 22 sebesar 5 atm

Panas masuk pada 23 Mixing Point (M-102) sama dengan panas keluar pada alur 17 Electric Furnace (B-103).

QiCO2 = 37.057.546,7412 kJ/jam

QiN2 = 11.774.571,9283 kJ/jam

∑Q23 = 48.832.118,6695 kJ/jam

∑Qi = Q22 + Q23

= 72.157.020,1709 kJ/jam

b. Panas Keluar

1) Panas Keluar Alur 24 :

Asumsi sistem bersifat adiabatis, maka panas keluar pada Mixing Point (M-102) sama dengan panas masuknya.

(46)

(47)

48.104.680,1140 = 49,78 x



Dengan menggunakan Metode Newton-Rapshon pada program Matlab diperoleh suhu keluar Mixing Point (M-102), To = 1,304K = 1031 0C

Tabel B.10 Neraca Energi Mixing Point (M-102)

H22 H23 H24

O2 953.027,8831 - 1.667.505,3763

H2O 7.427.193,9471 - 8.128.105,6669

N2 13.713.556,8035 37.057.546,7412 52.175.099,9145

CO2 1.231.122,8678 11.774.571,9283 10.186.309,2133

Jumlah 23.324.901,5015 48.832.118,6695 72.157.020,1709 Sub Total 72.157.020,1709 72.157.020,1709

∆Hr - -

Q - -

(48)

B.2.8 Gas Turbine (JJ-201)

Fungsi : mengubah energi panas dari gas panas menjadi energi mekanik berupa putaran poros turbin untuk menggerakkan generator pembangkit listrik.

a.Panas Masuk Alur 24

Panas masuk pada alur 24 Turbin sama dengan panas keluar pada alur 25

Mixing Point (M-102),

Qi : 72.157.020,1709 kJ/jam

b.Panas Keluar Alur 25 T24 = 10310 C = 1304 K

Pr 24 = 335,22 (Cengel dan Michael, 2005)

h24 = 1.400,728 kJ/kg

Ekspansi isentropis pada gas ideal, dengan rasio tekanan = 5 maka,

24 25

5 1

r

r P

P   (Cengel dan Michael, 2005)

22 , 335 5 1 25  

r

P

= 67,044 T25 = 873 K = 6000C (Cengel dan Michael, 2005)

maka,

O2 : QoO2 = N24O2.



873

298

2 dT

Cpg_O

= 49.7800 kmol/jam .



873

298

2 dT

Cpg_O

= 911.312,2941 kJ/jam

1031oC, 5 atm

Generator

600oC, 1 atm

O

2

N

2

CO

2

H

2

O

2

N

2

CO

2

H

2

O

24

(49)

N2 : QoN2 = N24N2.



= 21.514.581,4122 kJ/jam



= 5.381.293,3871 kJ/jam

H2O : Tekanan di alur 25 sebesar 1 atm

= 7.203.565,6160 kJ/jam

sehingga, Q25 = 35.010.752,7095 kJ/jam

Kerja yan g dihasilkan turbin, Wt :

Wt = Cp (T24-T25) = mg. (h24 - h25)

T25 = 873 K = 6000C

(50)

Wt = mg.(h25-h24)

= (1400,728 - 903,204) kJ/kg

= 34.808,0257 kg/jam x 497,524 kJ/kg = 17.317.828,1748 kJ/jam

Kerja yang disuplai turbin ke generator adalah Wt = 17.317.828,1748 kJ/jam

dt dW dt dQ

 = ∑Qo - ∑Qi (Cengel dan Boles, 2005)

dt dQ

– 17.317.828,1748 = Q25– Q24

dt dQ

– 17.317.828,1748 = (35.010.752,7095 – 72.157.020,1709) kJ/jam

dt dQ

= - 19.828.439,2866 kJ/kg

Tabel B. 11 Neraca Energi Gas Turbine (JJ-201)

H24 H25

O2 1.667.505,3763 911.312,2941

H2O 8.128.105,6669 7.203.565,6160

N2 52.175.099,9145 21.514.581,4122

CO2 10.186.309,2133 5.381.293,3871

Jumlah 72.157.020,1709 35.010.752,7095

W 17.317.828,1748

∆Hr - -

Q - 19.828.439,2866

(51)

B.2.9 Steam Boiler (E-201)

Fungsi: Memanaskan boiler feed water untuk menghasilkan superheated steam.

a. Panas Masuk

1) Panas Masuk Alur 25

Panas masuk pada alur 25 sama dengan panas keluar pada alur 25, turbin gas (JJ-201), yaitu 35.010.752,7095 kJ/jam, dengan suhu gas masuk 873 K = 6000C.

2) Panas Masuk Alur 26 :

Panas masuk pada alur 26 Steam Boiler (E-201) sama dengan panas keluar pada alur 26 dari Pompa (P-102)

QiH2O = N26H2O.



363

298

2 dT

Cp_H_O

-PC

TC

O

2

N

2

CO

2

H

2

O

2

N

2

CO

2

H

2

O

H

2

O

H

2

O

600oC, 1atm

90o_{C, 148 atm}

565oC, 148 atm

100oC, 1 atm

25

26

(52)

b. Panas Keluar

1) Panas Keluar Alur 28 :

Temperatur steam yang dihasilkan harus sesuai dengan temperatur gas buang. Perbedaan temperatur yang terkecil antara 2 aliran gas dengan uap, yang biasa disebut dengan titik penyempitan (pinch point) minimum 20 0C (P. K Nag, 2002). Pada rancangan ini asumsi titik penyempitan (pinch point) diambil sebesar 35 0C, maka suhu steam keluar alur 28 adalah 838 K =

Asumsi sistem bersifat adiabatis.

(53)

Dengan menggunakan Metode Newton-Rapshon pada program Matlab diperoleh suhu To = 100,2126 0C

Tabel B.12 Neraca Energi pada Steam Boiler (E-201)

H25 H26 H28 H27

O2 1.667.505,3763 - - 111.138,3809

CO2 10.186.309,2133 - - 589.563,7085

N2 52.175.099,9145 - - 2.019.369,1017

H2O 8.128.105,6669 2.983.999,0374 28.258.095,2870 7.016.585,2688

Jumlah 35.010.752,7095 2.983.999,0374 28.258.095,2870 9.736.656,4599

Sub Total 37.994.751,7469 37.994.751,7469

∆Hr - -

Q - -

Total 37.994.751,7469 37.994.751,7469

B.2.10 Steam Turbine (JJ-202)

Fungsi : Mengubah energi dari uap yang dihasilkan boiler menjadi energi mekanik berupa putaran poros turbin untuk menggerakkan generator pembangkit listrik.

Asumsi efisiensi turbin 85%. Daya yang dihasilkan turbin:

PT = ηT. F. (hi-hoa) (Cengel dan Boles, 2005)

H

2

O

565oC, 148 atm

H

2

O

46o_{C, 0,1 atm}

(54)

Pada alur 28

Panas masuk pada alur 28 Steam Turbine (JJ-202) sama dengan panas keluar alur 28 pada Steam Boiler (E-201) = 28.258.095,2870 kJ/jam.

h28 (P = 15MPa, T = 838 K) = 3488,71 kJ/kg

s28 = 6,567

s29 = 6,567

Pada alur 29

P = 0,1 atm = 10 kPa

hf = 191,83 kJ/kg  sf = 0,649

hg = 2584,7 kJ/kg sg = 8,150

6,567 = x.sf + (1-x) sg

6,567 = x. 0,6493 + (1-x) . 8,150 6,567 =0,6493x + 8,150 – 8,150x 7,503x =8,150-6,567

x =0,211 = 21,1 %

Kualitas uap = (100-21,1) % =78,9 %

hf = 191,83 kJ/kg dan hfg = 2.392,8 kJ/kg

h29 = x.hf + (1-x). hg

= 0,211x 191,83 + (1-0,211)x 2584,7 Kj/kg = 2.079,83 kJ/kg

ηT =

48 47

47

h h

h

h _s

 

(Cengel dan Michael, 2005)

hs = h28 - [ηT(h28-h29)]

(55)

Maka kerja yang dihasilkan turbin adalah WT = ηT. F. (h28-hs)

= 0,85 x 10.950 kg/jam x (3488,71-2.291,169) kJ/kg = 11.146.112,8575 kJ/jam

h29 = 2.079,83 kJ/kg

Q29 = h29 x 10.950 kg/jam

=22.774.138,5 kJ/jam

dt dW dt dQ

 = ∑Qo - ∑Qi (Cengel dan Boles, 2005)

dt dQ

– 11.146.112,8575 = Q29– Q28

dt dQ

– 11.146.112,8575 = (22.774.138,5 – 28.258.095,2870) kJ/jam

dt dQ

= 5.662.156,0705 kJ/kg

Tabel B.13 Neraca Energi pada Steam Turbine (JJ-202)

H28 H29

H2O 28.258.095,2870 22.774.138,5000

Jumlah 28.258.095,2870 22.774.138,5000

Sub Total 28.258.095,2870 22.774.138,5000

W - 11.146.112,8575

∆Hr - -

Q 5.662.156,0705 -

(56)

LAMPIRAN C

SPESIFIKASI PERALATAN

Spesifikasi peralatan dihitung berdasarkan urutan peralatan dalam flowsheet

pembuatan Silikon Karbida.

C.1 Gudang Penyimpanan FePO4 (TT-101)

Fungsi : Menyimpan bahan-bahan FePO4 sebelum

diproses selama 30 hari.

Jenis : Gedung berbentuk balok dengan atap berbentuk

limas.

Bahan Kontruksi : Bangunan Beton

Kondisi : Tekanan : 1 atm

Banyak sak yang dibutuhkan dalam 30 hari

Jumlah sak (@ 50 kg) = 1.233,1652

Faktor kosong ruangan = 20% dan area jalan dalam gudang = 20% ; sehingga: Volume ruang yang dibutuhkan = (1,4) 21,4983 m3

(57)

Dibangun 1 gedung penyimpanan : Volume gedung = 30,0976 m3

Bangunan diperkirakan dibangun dengan panjang 4 m, dengan tinggi tumpukan FePO4 2 m, sehingga :

V = p x l x t 30,0976 m3 = (4) .(l).(2)

l = 3,7622 m

Tinggi bangunan direncanakan 2½ x tinggi tumpukan bahan baku = 5 m Jadi ukuran bangunan gedung yang digunakan adalah :

Panjang = 4 m Lebar = 4 m Tinggi = 5 m

C.2 Gudang Penyimpanan Pasir Silika (SiO2) (TT-102)

Fungsi : Menyimpan bahan-bahan SiO2 sebelum

limas.

Suhu : 300C Perhitungan desain bangunan :

SiO2 yang diangkut dengan truk dimasukkan langsung ke gudang penyimpan

penyimpanan dengan kapasitas 30 hari.

2

SiO

F = 4.838,4606 kg/jam

Untuk kapasitas 30 hari dapat dihitung :

2

SiO

F = 4.838,4606 kg/jam x 30 hari x 24 jam/hari = 3.483.691,6320 kg (30 hari)

2

SiO

 = 2,648 gr/ml = 2,648 kg/dm3 = 2.648 kg/m3

Volume SiO2 = ₃ 1.315,5935 3

/ 648 . 2

6320 3.483.691,

2 2

m cm

kg

kg F

SiO

SiO _ _

(58)

Faktor kosong ruangan = 20% dan area jalan dalam gudang = 20% sehingga: Volume ruang yang dibutuhkan = (1,4) 1.315,5935 m3

= 1.841,8309 m3

Bangunan diperkirakan dibangun dengan panjang 25 m, dengan tinggi tumpukan SiO2 2 m, sehingga :

V = p x l x t 1.841,8309 m3 = (28) .(l).(2)

l = 32,8898 m

C.3 Gudang Penyimpanan Coke (TT-103)

Fungsi : Menyimpan bahan-bahan coke sebelum

limas.

Suhu : 300C

Perhitungan desain bangunan :

Coke yang diangkut dengan truk dimasukkan langsung ke gudang penyimpan penyimpanan dengan kapasitas 30 hari.

Coke

F = 3.082,9129 kg/jam

Untuk kapasitas 30 hari dapat dihitung :

Coke

F = 3.082,9129 kg/jam x 30 hari x 24 jam/hari = 2.219.697,3230 kg (30 hari)

Coke

(59)

Volume Coke = ₃ 2.882,7238 3 /

770

3230 2.219.697,

m cm

kg

kg F

Coke

Coke  



Faktor kosong ruangan = 20% dan area jalan dalam gudang = 20% sehingga: Volume ruang yang dibutuhkan = (1,4) 2.882,7238 m3

= 4.035,8133 m3

Bangunan diperkirakan dibangun dengan panjang 40 m, dengan tinggi tumpukan

coke 2 m, sehingga :

V = p x l x t 4.035,8133 m3 = (40) .(l).(2)

l = 50,4477 m

C.4 Tangki Penyimpanan Larutan 10Na2O.30SiO2.60H2O (TT-104)

Fungsi : Menyimpan bahan 10Na2O.30SiO2.60H2O sebelum diproses

selama 30 hari

Bahan konstruksi : Carbon Steel SA –285Grade C

Bentuk : Silinder vertikal dengan alas datar dan tutup ellipsoidal Jenis sambungan : Double welded butt joints

Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi:

Tekanan = 1 atm

Temperatur = 30 oC = 303,15 K Laju alir massa = 556,6371 kg/jam Kebutuhan perancangan = 30 hari

Faktor kelonggaran = 20% Data komposisi komponen:

 Natrium Silikat = 69 %

(60)

Data densitas komponen:

 Natrium Silikat = 2.400 kg/m3

 Air = 995,647 kg/m3

(Perry, 1999) Densitas campuran:

ρ campuran = 0,69 (2400 kg/m3) + 0,31(995,647 kg/m3)

= 1.428,8899 kg/m3

Perhitungan:

a. Volume tangki

Volume larutan =

3

8899 , 428 . 1

24 30

6371 , 556

m kg

hari jam jam

kg

hari



= 280,4826 m3

Faktor kelonggaran = 20%

Volume tangki, Vt =(100% +20%) x 280,4826 m3 = 336,5791 m3 Direncanakan dibangun 1 unit untuk kebutuhan 30 hari.

b. Diameter dan tinggi tangki

Hs

½ D

 Volume silindertangki (Vs)

Vs = (Brownell & Young, 1959)

Perbandingan tinggi silinder dengan diameter tangki (Hs : D) = 4:3

Vs =

(61)

½ D He

Perbandingan tinggi tutup tangki dengan diameter tangki (He : D) = 1:4

Ve = (Perry, 2007)

 Volume tangki (V)

V = Vs + Ve

=

336,5791 m3 = 1,1775 D3

D = 6,5873 m = 359,3433 in Hs= (4/3) x D = 8,7831 m = 345,7911 in

r = ½ D = 3,2937 m = 129,6716 in

Diameter dan tinggi tutup tangki

Diameter tutup = diameter tangki = 5,7546 m

Tinggi tutup = 

  

        

4 m 8,7831 4

1

D

= 1,6468 m

Tinggi Total (H) = 8,7831 m + 1,6468 m = 10,4299 m

c. Tebal tangki

Untuk cylindrical shell:

ts = Cc

P Ej

S r P _

0,6 .

.

(Timmerhaus & Peter , 2004)

dimana :

P = maximum allowable internal pressure

r = jari-jari tangki

S = maximum allowable working stress

Ej = joint efficiency

Cc= allowance for corrosion

Tinggi cairan :

Hc = (1 – 0,2) Hs

(62)

Phid =  x g x Hc Faktor keamanan 20%, Pdesain = (1+fk)Poperasi

= 1,2 x 34,7598 psi = 34,7598 psi

Untuk bahan konstruksi Carbon steel, SA – 285, Grade C dan jenis sambungan double-welded butt joint :

(63)

Maka tebal tangki yang digunakan pada cylindricalshell dan ellipsoidal head adalah sama, sebesar 5/8 in (Brownell & Young, 1959).

C.5 Belt Conveyor (C-101)

Fungsi : Mengangkut FePO4 dari gudang penyimpanan

ke belt conveyor feeder

Jenis : Horizontalbelt conveyor

Jumlah : 1 unit

Suhu : 300C Jumlah materi : 85,6365 kg/jam Faktor kelonggaran : 20 %

Kapasitas materi : 1,2 x 85,6365 kg/jam = 102,7638 kg/jam : 0,1028 ton/jam

Panjang : 100 ft

Menghitung Daya Conveyor

P = Pempty + Phorizontal + Pvertikal (Wallas,1988)

Kecepatan conveyor dapat dihitung (μ):

Asumsikan tebal belt conveyor 18 inci dengan angle of repose 20o maka dari tabel 5.5a Wallas diperoleh data untuk conveyor = 69

100 69

0,1028

x



 = 0,1489 ft/menit

Daya Empty

Horsepower conveyor dengan panjang 100 ft dan tebal belt conveyor 18 inci dapat dilihat dari grafik 5.5c Wallas yaitu = 0,3 hp

Pempty = 0,1489 x 0,3

= 0,0447 hp

Daya Horizontal

(64)

L = ₀ 5 cos

100

= 100,3825 ft

Phorizontal = (0,4 + 100,3825/ 300)( 0,1028/ 100)

= 0,0008 hp

Daya Vertikal

Pvertikal = 0,001 H.w (Wallas,1988)

H = 100 tg 50 = 8,7488 ft Pvertikal = 0,001 x 8,7488 x 0,1028

= 0,0009 hp

Dengan demikian daya conveyor seluruhnya adalah : P = 0,0447 hp + 0,0008 hp + 0,0009 hp

= 0,0464 hp Efisiensi motor = 80%

Daya yang dibutuhkan = 0,0464/0,8 =0,0579 hp Maka dipakai daya 1 hp

C.6 Belt Conveyor (C-102)

Fungsi : Mengangkut pasir silika (SiO2) dari gudang

penyimpanan ke screen

Jumlah : 1 unit

Suhu : 300 Jumlah materi : 4.838,4606 kg/jam Faktor kelonggaran : 20 %

Kapasitas materi : 1,2 x 4.838,4606 kg/jam = 5.806,1527 kg/jam : 5,806 ton/jam

Panjang : 50 ft

(65)

100 69 5,806

x



 = 8,4147 ft/menit

Daya Empty

Pempty = 8,4147 x 0,15

= 1,2622 hp

Daya Horizontal

Phorizontal = (0,4 + L/300)(w/100) (Wallas,1988)

L =

0 5 cos

50

= 50,1912 ft

Phorizontal = (0,4 + 50,1912/ 300)( 5,8062/ 100)

= 0,0329 hp

Daya Vertikal

= 0,0254 hp

(66)

C.7 Belt Conveyor (C-103)

Fungsi : Mengangkut pasir silika (SiO2) dari screen ke

grinder

Jumlah : 1 unit

Panjang : 30 ft

100 69 5,806

x



 = 8,4147 ft/menit

Daya Empty

Pempty = 8,4147 x 0,1 = 0,8415 hp

Daya Horizontal

L = ₀

5 cos

30

= 30,1147 ft

Phorizontal = (0,4 + 30,1147/ 300)( 5,806/ 100)

= 0,0291 hp Daya Vertikal

(67)

= 0,0152 hp

Daya yang dibutuhkan = 0,8858 hp / 0,8 = 1,1072 hp Maka dipakai daya 1½ hp.

C.8 Belt Conveyor (C-104)

Fungsi : Mengangkut pasir silika (SiO2) dari grinder ke

belt conveyor feeder

Jumlah : 1 unit

Panjang : 50 ft

100 69 5,806

x



(68)

Daya Empty

Pempty = 8,4147 x 0,15

= 1,2622 hp

Daya Horizontal

L = ₀

5 cos

50

= 50,1912 ft

Phorizontal = (0,4 + 50,1912/ 300)( 5,806/ 100)

= 0,0329 hp

Daya Vertikal

= 0,0254 hp

Daya yang dibutuhkan = 1,3205 hp / 0,8 = 1,6507 hp Maka dipakai daya 2 hp

C.9 Belt Conveyor (C-105)

Fungsi : Mengangkut coke dari gudang penyimpanan ke

grinder

(69)

Kondisi : Tekanan : 1 atm Suhu : 300C Jumlah materi : 3.082,9129 kg/jam Faktor kelonggaran : 20 %

Panjang : 50 ft

100 69

3,6995

x



 = 5,3616 ft/menit

Daya Empty

Pempty = 5,3616 x 0,15

= 0,8042 hp

Daya Horizontal

L = ₀

5 cos

50

= 50,1912 ft

Phorizontal = (0,4 + 50,1912/ 300)( 3,6995/ 100)

(70)

C. 10 Belt Conveyor (C-106)

Fungsi : Mengangkut coke dari grinder ke belt conveyor feeder

Jumlah : 1 unit

Suhu : 300C Jumlah materi : 3.082,9129 kg/jam Faktor kelonggaran : 20 %

Panjang : 50 ft

100 69

3,6995

x



 = 5,3616 ft/menit

Daya Empty

(71)

Pempty = 5,3616 x 0,15

= 0,8042 hp

Daya Horizontal

L =

0 5 cos

50

= 50,1912 ft

Phorizontal = (0,4 + 50,1912/ 300)( 3,6995/ 100)

= 0,0162 hp

C.11 Screen (S-101)

Fungsi : Sebagai alat untuk memisahkan pasir silika (SiO2) dari partikel-partikel lain yang

berukuran lebih besar