LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA

(1)

LAMPIRAN A

PERHITUNGAN NERACA MASSA

Basis perhitungan : 1 hari operasi

Kapasitas TBS : 60 ton/jam

Konversi TBS ke POME : 60 % (Novaviro Technology, 2010)

Maka, jumlah produksi POME = 60 % x 60 ton/jam = 36 ton/jam

=

tahun hari 365 hari jam 20 jam ton

36 x x

= 262.800 ton/tahun Jumlah kebutuhan POME =

hari 365

tahun 1 x tahun

ton 262.800 = 720 ton/hari

= 720 m3/hari

= 720.000 L/hari Karakteristik POME :

COD input : 53.000 mg/L ...(Senafati, 2010). % Dekomposisi COD : 84,9%...(Senafati, 2010).

COD input :

hari .L 000 . 720 L mg 53.000 x

: 38.160 kg/hari

COD output : COD input – 0,849 x COD input

: 38.160 kg/hari – 0,849 x 38.160 kg/hari : 5.762,16 kg/hari

COD terkonversi : 38.160 kg/hari –5.762,16 kg/hari : 32.397.84 kg/hari

kgCOD kgCH4 25

, 0 si terkonver yang

COD

diproduksi yang

CH4 _

(Novaviro Technology, 2010)

Maka,

(2)

= 8.099,46 kg/hari Densitas CH4 (300C) = 0,6 kg/m3

Volume CH4 = ₃

kg/m 0,6

kg/hari 8.099,46

= 13.499,1 m3/hari

Komposisi Biogas, % Volume (Novaviro Technology, 2010)  62,5 % CH4

 37 % CO2  0,49 % H2O  0,01 % H2S Maka jumlah biogas

biogas dalam CH4 %

diproduksi yang

CH4 Jumlah



=

0,625 /hari m 13.499,1 3

= 21.598,56 m3/hari

F10+11 = 21.598,56 m3/hari F10+11 CH4 = 8.099,46 kg/hari F10+11 CO2 = 0,37 x F11

= 0,37 x 21.598,56 m3/hari = 7.991,4672 m3/hari

= 7.991,4672 m3/hari x 2,814 kg/m3 = 22.487,9887 kg/hari

F10+11 H2S = 0,0001 x F11

= 0,0001 x 21.598,56 m3/hari = 2,1599 m3/hari x 1,45 kg/m3 = 3,1318 kg/hari

F10+11 H2O = 0,0049 x F11

F10+11 = 30.667,2036 kg/hari

(3)

A.1.1 Komposisi Senyawa Tambahan A.2 Perhitungan Neraca Massa

A.2.1 Bak Neutraliser (M-01)

Fungsi: sebagai tempat pencampur POME dengan padatan NaHCO3, dan Nutrisi

M-01

Neraca massa komponen:

(4)

Neraca massa total:

F6= 721.867,8888 kg/hari

A.2.1 Tangki Pencampur

Fungsi: sebagai tempat mencampur POME dari Neutraliser dengan Nutrisi dan umpan recyle.

M-02

6

21

7

Neraca Massa total : F7 = F6 + F21

F7 = 721.867,8888 kg/hari + F21………(a)

A.2.2 Reaktor Tangki Berpengaduk (R-01)

Fungsi : sebagai tempat berlangsungnya reaksi pembentukan biogas dengan menggunakan bakteri thermofilik.

6

7 19+20

21 10+11

22

Kesetimbangan reaksi yang terjadi di dalam reaktor fermentasi : Reaksi: (C6H10O5)n CH4(g) + CO2(g) + H2S(g) + H2O

POME Biogas

(5)

720.000 kg/hari

Neraca Massa Total :

F6 = F22 + F11

721.867,8888 kg/hari = F22 + 30.667,2036 kg/hari

F22 = 691.200,6852 kg/hari

Dari data diketahui bahwa jumlah limbah yang di recycle 25%, maka

F22 = 0,75 F19+20

691.200,6852 kg/hari = 0,75 F19+20 F19+20 = 921.600,9136 kg/hari F21 = F19+20- F22

F21 = 921.600,9136 kg/hari - 691.200,6852 kg/hari F21 = 230.400,2284 kg/hari

F7 = F6+ F21

F7 = 721.867,8888 kg/hari + 230.400,2284 kg/hari F7 = 952.268,1172 kg/hari

Karakteristik keluaran POME (Senafati, 2010): POME , VS = 0,0426 kg/L

Maka VS POME = 0,0426 kg/L x F POME = 0,0426 kg/L x 720.000 L/hari = 30.672kg/hari

Digester, VS : 0,0325 kg/L Discharge VS : 0,0125 kg/L

 Alur 22

F22 = 691.200,6852 kg/hari = 691.200,6852 L/hari

VS = 0,0125 kg/L

F22VS = 8.640,0086 kg/hari

(6)

F22 NiCl2 = F2NiCl2 = 0,864 kg/hari F22 CoCl2 = F3CoCl2 = 2,4408 kg/hari

F22 Air = F22 – (F22VS + F22NaHCO3+ F22 FeCl2 + F22 NiCl2 + F22CoCl2 )

= 691.200,6852 kg/hari – (8.640,0086 kg/hari + 1.800 kg/hari + 64,584 kg/hari + 0,864 kg/hari + 2,4408 kg/hari)

= 680.692,7878 kg/hari.

 Alur 19+20

F19+20 = 921.600,9136 kg/hari

VS = 0,0325 kg/L

F19+20VS = 29.952,0297 kg/hari

F19+20 NaHCO3 = F22NaHCO3/ 0,75 = 2.400 kg/hari F19+20 FeCl2 = F22FeCl2 / 0,75 = 86,112 kg/hari F19+20NiCl2 = F22NiCl2 / 0,75 = 1,152 kg/hari F19+20 CoCl2 = F22CoCl2 / 0,75 = 3,2544 kg/hari

F19+20 Air = F19+20 – (F19+20VS + F19+20NaHCO3+ F19+20 FeCl2 + F19+20 NiCl2 + F19+20CoCl2 )

= 889.158,3655 kg/hari.

 Alur 21

F21 = 230.400,2284 kg/hari F21VS = F19+20VS - F22VS

= 29.952,0297 kg/hari - 8.640,0086 kg/hari = 21.312,0211 kg/hari

F21 NaHCO3 = F19+20 NaHCO3 / 4 = 600 kg/hari F21 FeCl2 = F19+20 FeCl2/ 4 =21,528 kg/hari F21 NiCl2 = F19+20NiCl2 / 4 = 0,288 kg/hari F21 CoCl2 = F19+20 CoCl / 4 = 0,8136 kg/hari

(7)

= 230.400,2284 kg/hari – (21.312,0211 kg/hari + 600 kg/hari + 21,528 kg/hari + 0,288 kg/hari + 0,8136 kg/hari)

= 208.465,5777 kg/hari.

 Alur 10+11

F10+11 = 21.598,56 m3/hari F10+11 CH4 = 8.099,46 kg/hari F10+11 CO2 = 0,37 x F11

= 0,37 x 21.598,56 m3/hari = 7.991,4672 m3/hari

= 7.991,4672 m3/hari x 2,814 kg/m3 = 22.487,9887 kg/hari

F10+11 H2S = 0,0001 x F11

F10+11 H2O = 0,0049 x F11

F10+11 = 30.667,2036 kg/hari

A.2.4 Water Trap

Fungsi : Memisahkan air yang terkandung didalam biogas, dimana air terpisahkan 100 %

13

10+11

12 25

(8)

F10+11 = 30.667,2036 kg/hari F10+11 CH4 = 8.099,46 kg/hari F10+11 CO2 = 22.487,9887 kg/hari F10+11 H2S = 3,1318 kg/hari F10+11 H2O = 76,6231 kg/hari

 Alur 25

F25 = 1.275,842 kg/hari F25CH4 = 336,9603 kg/hari F25CO2 = 935,5636 kg/hari F25H2S = 0,1304 kg/hari F25H2O = 3,1877 kg/hari

 Alur 13

F13 = 31.863,1248 kg/hari F13CH4 = 8.436,4203 kg/hari F13CO2 = 23.423,4423 kg/hari F13H2S = 3,2622 kg/hari

 Alur 12

F12H2O = 79,8108 kg/hari

A.2.4 Desulfurisasi

Fungsi : untuk menyerap gas H2S yang terkandung dalam biogas, gas H2S terserap sempurna

13 15

CH4

H2S = 0,01% CO2

(9)

Neraca Massa Total :  Alur 13

F13 = 31.863,1248 kg/hari F13CH4 = 8.436,4203 kg/hari F13CO2 = 23.423,4423 kg/hari F13H2S = 3,2622 kg/hari

 Alur 15

F15CH4 = 8.436,4203 kg/hari F15CO2 = 23.423,4423 kg/hari F15 = 31.859,8626 kg/hari

A.2.5 Generator

16

17

15

udara

Kesetimbangan reaksi yang terjadi di dalam generator Reaksi :

CH4(g) + 2O2(g) CO2(g)+ 2H2O(g)

H2O yang dihasilkan dalam bentuk steam. Dari literatur, di dapat bahwa 1 m3 biogas dapat menghasilkan 6 KWh listrik. (Anonim, Tanpa Tahun)

Dalam hal ini berarti gas metana mengalami reaksi dengan oksigen yang menghasilkan energi listrik, sehingga dapat disimpulkan bahwa dari 60% gas metana dalam biogas dapat menghasilkan 6 KWh listrik.

F15CH4 = 8.436,4203 kg/hari = 527,2762 kmol/jam F15CO2 = 23.423,4423 kg/hari = 532,3509 kmol/jam

(10)

CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O Mula-mula : 527,2762 1.054,5524 - -

Bereaksi : 527,2762 1.054,5524 527,2762 1.054,5524 Sisa

: 0 0 527,2762 1.054,5524

CH4 : F17 CH4 = F15 CH4– (527,2762 kmol/hari x 16 kg/kmol) = 8.436,4203 kg/hari – 8.436,4203 kg/hari

= 0 kg/hari

CO2 : F17 CO2 = F15 CO2 + (527,2762 kmol/hari x 44 kg/kmol) = 23.423,4423 kg/hari + 23.200,1528 kg/hari = 46.623,5951 kg/hari

O2 :F17 O2 = F16 O2 – (1.054,5524 kmol/hari x 32 kg/kmol) = 33.745,6758 kg/hari – 33.745,6758 kg/hari = 0 kg/hari

N2 : F17 N2 = 79/21 x F16 O2 = 79/21 x 33.745,6758 = 126.948,0222 kg/hari

H2O : F17 H2O = 1.054,5524 kmol/hari x 18 kg/kmol = 18.981,9432 kg/hari

Neraca Komponen Total

F17 = F15H2O + F15CO2 + F16N2

= 18.981,9432 kg/hari + 46.623,5951 kg/hari + 126.948,0222 kg/hari = 192.553,5605 kg/hari

(11)

23

26

24 27

25

F23 = F22 = 691.200,6852 kg/hari = 691.200,6852 L/hari

VS = 0,0125 kg/L

F23VS = 8.640,0086 kg/hari

F23 NaHCO3 = F22NaHCO3 = 1.800 kg/hari F23 FeCl2 = F22FeCl2 = 64,584 kg/hari F23 NiCl2 = F22NiCl2 = 0,864 kg/hari F23 CoCl2 = F22CoCl2 = 2,4408 kg/hari

F23 Air = F22 Air = 680.692,7878 kg/hari. F23COD = F22COD = (1-0,849) x 53.000 mg/l

= 8.003 mg/l F25C/N =9 (Literatur)

COD masuk = 7.950 mg/l COD keluar = 6.000 mg/l C/N = 9

6000/N = 9

N = 666,67 mg/l

Bakteri = 666,67 x 100/14 = 4.761,904 unit/L

Bakteri yang mati = 50% dari total bakteri Jumlah bakteri = 4.761,904 x 100/50

= 9.523,8095 unit/L

(12)

= 9523,8095 unit/L x 691.200,6852 L/hari = 6.582.863.652 unit/hari

VS masuk = 0,0125 kg/L

COD terkonversi pada tangki anaerob I = 84,9% COD terkonversi pada tangki anaerob II = 25% VS terakumulasi pada tangki anaerob I = 61,5%

Dengan rumus perbandingan, VS terakumulasi pada tangki anaerob II = 18,1% Sehingga VS keluar = 0,002625 kg/L

 Alur 25

COD terkonversi = (7950-6000) mg/L x 691.200,6852 kg/hari x 10-6 = 1.347,8413 kg/hari

kgCOD kgCH4 25

, 0 si terkonver yang

COD

diproduksi yang

CH4 _

CH4 yang diproduksi = 0,25 x 1.347,8413 kg/hari = 336,9603 kg/hari Volume CH4 = 336,9603 / 0,6 = 561,6006 m3/hari

Komposisi Biogas, % Volume (Novaviro Technology, 2010)  62,5 % CH4

 37 % CO2  0,49 % H2O  0,01 % H2S Maka jumlah biogas

biogas dalam CH4 %

diproduksi yang

CH4 Jumlah



/hari m 5609 , 898

0,625 /hari m 561,6006

3 3

 

F25= 898,5609 m3/hari

F25 CH4 = 561,6006 m3/hari = 336,9603 kg/hari F25 CO2 = 0,37 x F25

= 0,37 x 898,5609 m3/hari

= 332,4675 m3/hari x 2,814 kg/m3 = 935,5636 kg/hari

F25 H2S = 0,0001 x F25

(13)

= 0,0899 m3/hari x 1,45 kg/m3 = 0,1304 kg/hari

F25 H2O = 0,0049 x F25

= 0,0049 x 898,5609 m3/ hari = 4,4029 m3/hari x 0,724 kg/m3

= 3,1877 kg/hari F25 = 1.275,842 kg/hari

Neraca Massa Total :

F23 = F25 + F27

691.200,6852 kg/hari = 1.275,842 kg/hari + F27

F27 = 689.924,8432 kg/hari

Dari data diketahui bahwa jumlah limbah yang di recycle 25%, maka

F27 = 0,75 F24

689.924,8432 kg/hari = 0,75 F24

F24 = 919.899,7909 kg/hari

VS masuk = 0,0125 kg/L VS keluar = 0,002625 kg/L

 Alur 24

F24 = 919.899,7909 kg/hari VS = 0,002625 kg/L

F24VS = 2.414,737 kg/hari

F24 NaHCO3 = F23 NaHCO3 /0,75 = 2.400 kg/hari F24 FeCl2 = F23 FeCl2 /0,75 = 86,112 kg/hari F24 NiCl2 = F23 NiCl2 /0,75 = 1,152 kg/hari F24 CoCl2 = F23 CoCl2 /0,75 = 3,2544 kg/hari

(14)

 Alur 26

F26 = 0,25 x F24

= 0,25 x 919.899,7909 = 229.974,9477 kg/hari = 229.974,9477 L/hari F26vs = F24VS– F27VS

= 2.414,737 kg/hari – 928,745 kg/hari = 1.485,992 kg/hari

F26 NaHCO3 = F24 NaHCO3 /4 = 600 kg/hari F26 FeCl2 = F24FeCl2 /4 = 21,528 kg/hari F26 NiCl2 = F24 NiCl2 /4 = 0,288 kg/hari F26CoCl2 = F24 CoCl2 /4 = 0,8136 kg/hari

= 229.974,9477 kg/hari – (1.485,992 kg/hari + 600 kg/hari + 21,528 kg/hari + 0,288 kg/hari + 0,8136 kg/hari)

= 227.866,3261 kg/hari

 Alur 27

F27 = F24 x 0,75

= 919.899,7909 x 0,75 = 689.924,8432 kg/hari = 689.924,8432 L/hari F27vs = 928,745 kg/hari

F27 NaHCO3 = F24 NaHCO3 * 0,75 = 1800 kg/hari F27 FeCl2 = F24NaHCO3 * 0,75 = 64,584 kg/hari F27 NiCl2 = F24 NiCl2 * 0,75 = 0,864 kg/hari F27 CoCl2 = F24 CoCl2 * 0,75 = 2,4408 kg/hari

= 689.924,8432 kg/hari – (928,745 kg/hari + 1800 kg/hari + 64,584 kg/hari + 0,864 kg/hari + 2,4408 kg/hari)

= 687.128,2094 kg/hari

(15)

29 27

28

F27 = 689.924,8432 kg/hari = 689.924,8432 L/hari F28 = nutrisi

Al = 0,1 mg/l Cu = 0,01 mg/l Mn = 3,29 mg/l B = 20 mg/l

F28 = (0,1 + 0,01 + 3,29 + 20) x 689.924,8432 L/hari : 1000 mg/kg = 16.144,2413 kg/hari

F29 = F27 + F28

(16)

LAMPIRAN B

PERHITUNGAN NERACA ENERGI

Basis perhitungan : 1 hari operasi Satuan operasi : kJ/jam Temperatur basis : 25oC

Neraca panas ini menggunakan rumus-rumus perhitungan sebagai berikut:

 Perhitungan panas untuk bahan dalam fasa cair dan gas

Qi = Hi = (Smith, 2001)

 Perhitungan panas penguapan QV= N ΔHVL

 Perhitungan Cp beberapa padatan (J/mol.K) dengan menggunakan metode Hurst dan Harrison, dimana nilai kontribusi unsur atom.

Tabel LB.1 Nilai kontribusi Unsur Atom

Unsur Atom ΔE

C 10,89

H 7,56

O 13,42

Fe 29,08

Cl 14,69

Ni 25,46

Co 25,71

Ca 26,19

K 28,78

Sumber : Perry, 1999

Rumus Metode Hurst dan Harrison:





T

298 1 T

(17)



Menghitung Cp glukosa:

Cp = 6.ΔEC + 12.ΔEH + 6.ΔEO

= 6 (10,89) + 12 (7,56) + 6(13,42) = 236,58 J/mol.K

Tabel LB.2 Kapasitas panas beberapa senyawa pada 298,25 K (J/mol.K)

Komponen Cp

Persamaan untuk menghitung kapasitas panas (Reklaitis, 1983) :

3 Jika Cp adalah fungsi dari temperatur maka persamaan menjadi :

dT

(18)



Perhitungan energi untuk sistem yang melibatkan reaksi :



Tabel LB.3 Data Kapasitas Panas (J/ mol. K)

Komponen a b c d e

Air 34,047 -9,65E-03 3,299E-05 -2,044E-08 4,302E-12 Methan 38,387 -2,36E-02 2,9E-04 -2,638E-07 8,007E-11 Karbonmonoksida 29,006 2,49E-03 -1,8E-05 4,798E-08 -2,873E-11

Karbondioksida 19,022 7,96E-02 -7,37E-05 3,745E-08 -8,133E-12 Hidrogen 17,638 6,7E-02 -1,314E-4 1,058E-07 -2,918E-11 H2S 34,52 -1,76E-02 6,77E-05 -5,32E-08 1,41E-11 Sumber: Reklaitis, 1983

 Data Cp untuk fasa cair:

Tabel LB.4 Data Kapasitas Panas (J/ mol. K)

Senyawa A b c d Sumber: Reklaitis, 1983

Tabel LB.5 Panas Reaksi Pembentukan (kkal/mol)

Komponen ΔHf

CH4(g) -17,89

CO2(g) -94,05

H2S -4,82

(19)

H2SO4 -0,1945

H2 0

CO -26,42

Sumber: Reklaitis, 1983

Perhitungan ΔHf0 (kkal/mol) dengan menggunakan metode Benson et al, dimana kontribusi gugusnya adalah:

Tabel LB.6 Tabel Kontribusi Gugus dengan Metode Benson et al

Sumber : Perry, 1999

Rumus metode Benson et al: ΔHf o298 = 68,29 + Ni x Δhi

Dimana : ΔHf o298 = entalpi pembentukkan pada 298 K (kJ/mol) Ni = jumlah group atom i di dalam molekul

Δhi = nilai dari kontribusi gugus atom pada tabel LB.6 ΔHf o298 = 68,29 + Ni x Δhi

= 68,29 + 6.(-OH-) + 1(COH) + 4. (CH) + 1. (-CH2-) = 68,29 + 6.(-208,04) + 1.(2,09) + 4.(29,89) + 1.(-20,64) = -1.078,94 kJ/mol

B.1 Tangki Neutraliser (M-01)

(20)

Alur 1 (30oC, 1 atm) Alur 2 (30oC, 1 atm) Alur 3 (30oC, 1 atm) Alur 4 (30oC, 1 atm) Alur 5 (30oC, 1 atm)

Energi masuk = N1C6H12O6



303

298

CpdT + N1H2O



303

298

CpdT + N2NaHCO3



303

298

CpdT +

N3 FeCl2



303

298

CpdT + N4NiCl2



303

15 , 298

CpdT + N5 CoCl2



303

298

CpdT

Tabel LB.7 Perhitungan Energi yang masuk ke dalam Tangki Neutraliser

Komponen Laju (kg/hari)

N (kmol/hari)

CpdT (kJ/kmol)

N.Cp dT (kJ/hari) Glukosa 30.672,00 170,4000 1.182,9000 201.566,1600

Air 689.328,00 38.296,0000 374,7055 14.349.721,1579

NaHCO3 1.800,00 21,4286 554,4000 11.880,0000

FeCl2 64,58 0,5092 392,3000 199,7501

NiCl2 0,86 0,0067 374,2000 2,5063

CoCl2 2,44 0,0188 375,4500 7,0530

Q (kJ/hari) 14.563.376,6273

Tabel LB.8 Perhitungan Energi yang Keluar dari Tangki Neutraliser

Komponen F (kg/hari) N(kmol/hari) ∫CpdT N x ∫CpdT Glukosa 30.672,00 170,4000 7.097,4000 1.209.396,9600

M-112 3

2 4

5

(21)

Air 689.328,00 38.296,0000 2.256,1763 86.402.527,5470

NaHCO3 1.800,00 21,4286 3.326,4000 71.280,0000

FeCl2 64,58 0,5092 2.353,8000 1.198,5006

NiCl2 0,86 0,0067 2.245,2000 15,0376

CoCl2 2,44 0,0188 2.252,7000 42,3181

Q (kJ/hari) 87.684.460,3633

Dari data termodinamika Perry, 1999 :

panas pelarutan NaHCO3 dalam air = -4,1 kkal/mol = -17,166 x103 kJ/kmol panas pelarutan NiCl2 dalam air = +19,23 kkal/mol = 80,516 x103 kJ/kmol panas pelarutan FeCl2 dalam air = +17,9 kkal/mol = 74,947 x 103 kJ/kmol panas pelarutan CoCl2 dalam air = +18,5 kkal/mol = 77,459 x103 kJ/mol N . H = (13.209 x -17,166 + 0.3139 x 80,516 + 0.0041 x 74,947

+ 0.0116 x 77,459 ) x103 = -200.284,9047 kJ

N Hpelaru Qout Qin

dt dQ

  

 . _tan

= -200.284,9047 kJ + 87.684.460,3633 kJ– 14.563.376,6273 kJ dQ/dt = 72.920.798,8313 kJ

Digunakan steam dengan masukkan pada suhu T = 1000C. Keluaran kondensat = 800C. dQ = dHr/dT

(2.676-2.308) m = 72.920.798,8313 kJ/hari m = 198.154,34 kg/hari

B.2 Tangki Pencampur (M-02)

Fungsi : Mencampur umpan POME dari bak Neutraliser dengan POME dari Alur Reycle

21

(22)

Panas masuk alur 6 sama dengan panas keluar tangki Neutraliser yaitu 87.684.460,3633 kJ/hari.

Temperatur aliran reycle adalah 55 0C, sehingga dapat dihitung panas dari alur Recycle

Tabel LB.9 Perhitungan Energi Alur Reycle dari Tangki Sedimentasi

Komponen F(kg/hari) N (kmol) ∫CpdT Nx ∫CpdT Glukosa 21.312,02 118,4001 7.097,4000 840.332,9920

Air 208.465,58 11.581,4210 2.256,1763 26.129.727,5315

NaHCO3 600 7,1429 3.326,4000 23.760,0000

FeCl2 21,528 0,1697 2.353,8000 399,5002

NiCl2 0,288 0,0022 2.245,2000 5,0125

CoCl2 0,8136 0,0063 2.252,7000 14,1060

Q (kJ/hari) 26.994.239,1422

Sehingga total panas keluar M-02 :

Q total = 87.684.460,3633 kJ/hari. + 26.994.239,1422 kJ/hari. = 114.678.699,51 kJ/hari

Untuk mengetahui suhu keluaran dari M-02, maka dilakukan trial error, sehingga didapatkan suhu 550C.

Tabel LB.10 Perhitungan Temperatur Keluar M-02

Komponen F (kg/hari) BM (kg/kmol)

N

(kmol/hari) ∫ Cp dT N x ∫Cp dT Glukosa 51.984,02 180 288,800 7.097,40 2.049.729,95

Air 897.793,58 18 49.877,421 2.256,18 112.532.255,08

NaHCO3 2.400,00 84 28,571 3.326,40 95.040,00

FeCl2 86,11 126,84 0,679 2.353,80 1.598,00

(23)

CoCl2 3,25 129,93 0,025 2.252,70 56,42

Q (kJ/hari) 114.678.699,51

B.3 Reaktor Fermentasi (R-01) / (R-02)

Fungsi: sebagai tempat berlangsungnya reaksi pembentukan biogas

Alur 7 (1 atm, 55 ºC)

Temperatur basis = 25ºC

Reaksi: C6H12O6 + H2SO4  2CH4 + 4CO2 + 2H2O + H2S ΔHr = [ 2.ΔH

f° CH4 (g) + 4.ΔHf° CO2 (g) + 2.ΔHf° H2O(g) + ΔHf° H2S(g)] – [ΔH

f° C6H12O6 (s) + ΔHf°H2SO4]

= (2x-17,89 + 4x -94,05 + 2 x -57,8 + -4,82 ) – (-257,866 + -0,194) kkal/mol = -1.147.861,1 kJ/ kmol

kmol/hari 161,2888

180

22.952,03

-51.984,02

Glukosa BM

sisa Fglukosa

-awal Fglukosa r

  

r ΔHr = -1,8513 x 108 Kj/ hari

Panas masuk reaktor (R-01) = panas keluar tangki pencampur (M-02) = 114.678.699,51 kJ/hari

Reaktor Fermentasi

7

Glukosa Air

NaHCO3

FeCl2

NiCl2

CoCl₂

CH4 CO2

H2S

H₂O

19+20 10+11

Glukosa Air

NaHCO3

FeCl2

NiCl2

CoCl2

T=55 o_C

(24)

Energi keluar = N19+20C6H12O6



Tabel LB.11 Entalpi POME yang keluar dari Fermentor

Komponen F (kg/hari) N

(kmol/hari) ∫ Cp dT N x Cp dT Glukosa 29.952,03 166,400 7.097,400 1.181.008,531

Air 889.158,37 49.397,687 2.256,176 111.449.890,573

NaHCO3 2.400 28,571 3.326,400 95.040,000

FeCl2 86,112 0,679 2.353,800 1.598,001

NiCl2 1,152 0,009 2.245,200 20,050

CoCl2 3,2544 0,025 2.252,700 56,424

Q (kJ/hari) 112.727.613,579

Entalpi biogas = N10+11CH4



o u t

Tabel LB.12 Entalpi Biogas yang keluar dari Fermentor

Komponen F (kg/hari) N H2S 3,1318 0,092111765 10359708,34 954.251,017 H2O(v) 76,6231 4,256838889 1010,27 4.300,551

(25)

Qin Hr r Qout dT

dQ

   

= 1.960.333,236 kJ/hari + 112.727.613,579 kJ/hari + -1,8513 x 108 kJ/hari - 114.678.699,51 kJ/hari

= -185.146.424,909kJ/hari

Digunakan air pendingin pada suhu T = 250C. Keluaran air pendingin = 400C Qin air pendingin = m.Cp.(LMTD)

= m . 4,1818 . ((40-25)/ln(40/25)) = m. 4,1818 . (31,9147)

= 133,4609 m

dQ = dHr/dT

133,4609 m = 185.146.424,909kJ/hari m = 1.387.078,558 kg/hari

= 57.794,9399 kg/jam

Sehingga total kebutuhan steam untuk masing-masing reaktor adalah = 28.897,46995 kg/jam.

B.4 Reaktor Fermentasi (R-03)

Fungsi: sebagai tempat berlangsungnya reaksi pembentukan biogas

Reaktor Fermentasi

26

Glukosa Air

NaHCO3

FeCl2

NiCl2

CoCl2

CH4 CO2

H2S

H2O

24 25

Glukosa Air

NaHCO3

FeCl2

NiCl2

CoCl2

T=55 o_C

Glukosa Air

NaHCO3

FeCl2

NiCl2

CoCl2

23

T=55 o_C

Tabel LB.13 Perhitungan Energi yang masuk ke dalam Reaktor Fermentasi

N (kmol/hari)

(26)

Glukosa 8.640,01 48,000 7.097,4000 340.675,59 Air 680.692,79 37.816,266 2.256,1763 85.320.163,04

NaHCO3 1.800 21,429 3.326,4000 71.280,00

FeCl2 64,584 0,509 2.353,8000 1.198,50

NiCl2 0,864 0,007 2.245,2000 15,04

CoCl2 2,4408 0,019 2.252,7000 42,32

Q (kJ/hari) 85.733.374,49

Tabel LB.14 Perhitungan Energi Alur Recycle yang masuk ke dalam Reaktor Fermentasi

N (kmol/hari)

N.Cp dT (kJ/hari)

Glukosa 1.485,99 8,256 7.097,4000 58.592,66

Air 227.866,33 12.659,240 2.256,1763 28.561.478,02

NaHCO3 600 7,143 3.326,4000 23.760,00

FeCl2 21,528 0,170 2.353,8000 399,50

NiCl2 0,288 0,002 2.245,2000 5,01

CoCl2 0,8136 0,006 2.252,7000 14,11

Q (kJ/hari) 28.644.249,30

Temperatur basis = 25ºC

Reaksi: C6H12O6 + H2SO4  2CH4 + 4CO2 + 2H2O + H2S ΔHr = [ 2.ΔH

f° CH4 (g) + 4.ΔHf° CO2 (g) + 2.ΔHf° H2O(g) + ΔHf° H2S(g)] – [ΔH

(27)

= (2x-17,89 + 4x -94,05 + 2 x -57,8 + -4,82 ) – (-257,866 + -0,194) kkal/mol

Panas masuk reaktor (R-03) = panas masuk + alur recycle

= 85.733.374,49 kJ/hari + 28.644.249,30 kJ/hari = 114.417.623,8 kJ/hari

Energi keluar = N24C6H12O6



Tabel LB.15 Entalpi POME yang keluar dari Fermentor

Komponen F (kg/hari) N

(kmol/hari) ∫ Cp dT N x Cp dT Glukosa 2.414,74 13,415 7.097,4000 95.213,080

Air 914.994,54 50.833,030 2.256,1763 114.688.276,929

NaHCO3 2.400 28,571 3.326,4000 95.040,000

FeCl2 86,112 0,679 2.353,8000 1.598,001

NiCl2 1,152 0,009 2.245,2000 20,050

CoCl2 3,2544 0,025 2.252,7000 56,424

Q (kJ/hari) 114.880.204,484

(28)

+ N25H2O



o u t T

15 , 298

CpdT

Tabel LB.16 Entalpi Biogas yang keluar dari Fermentor

Komponen F (kg/hari) N (kmol/hari)

∫Cp dT

(kJ/kmol) N x ∫Cp dT

CH4 (g) 336,9603 21,06001875 1095,84 23.078,374 CO2 (g) 935,5636 21,26280909 874,70 18.598,560 H2S 0,1304 0,003835294 10.359.708,34 39.732,528

H2O(v) 3,1877 0,177094444 1010,27 178,913

Q (kJ/hari) 81.588,376

Qin Hr r Qout dT

dQ _ _ _ _

= 81.588,376 kJ/hari + 114.880.204,484 kJ/hari + -3,9699 x 107 kJ/hari - 114.417.623,8 kJ/hari

= -39.114.607,16 kJ/hari

Digunakan air pendingin pada suhu T = 250C. Keluaran air pendingin = 400C Qin air pendingin = m.Cp.(LMTD)

= m . 4,1818 . ((40-25)/ln(40/25)) = m. 4,1818 . (31,9147)

= 133,4609 m

dQ = dHr/dT

(29)

LAMPIRAN C

PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN

LC.1 Bak Umpan POME (BP-01)

Fungsi : Menampung POME

Bentuk : Bak Silinder vertikal dengan alas datar Bahan konstruksi : Beton

Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi : P = 1 atm T = 30 0C

Waktu tinggal ( τ ) : 7 hari

Laju alir massa (F) = 720.000 kg/hari Densitas () = 1.000 kg/m3 Viskositas () = 0,824 cP

Faktor kelonggaran = 20 % (Perry, 1999)

Menghitung volume tangki :

Laju alir volumetrik (Q) = ₃ kg/m 1.000

/ 720.000 kg hari

= 720 m3/hari Volume larutan = τ x Q = 7 hari x 720 m3/hari = 5.040 m3 Volume tangki, VT = ( 1+ 0,2 ) x 5.040 m3

= 6.048 m3 Perhitungan ukuran bangunan Ukuran bak :

Panjang bak (p) = 2 x lebar bak (l) maka p = 2l Tinggi bak (t) = ½ x lebar bak (l) maka t = ½ l Maka :

(30)

Panjang bak (p) = 36,4391 m Tinggi bak (t) = 9,1098 m

Lebar bak (l) = 18,2195 m Tinggi larutan dalam bak = x 9,1098m

6.048 5.040

= 7,5915 m

LC.2 Pompa Umpan POME (P-01)

Fungsi : Memompa POME ke Bak Neutralisasi Jenis : Pompa screw pump

Bahan konstruksi : Commercial Steel

Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi :

Tekanan = 1 atm Temperatur = 30 oC

Laju alir massa (F) = 720.000 kg/hari = 18,3717 lbm/sec Densitas () = 1000 kg/m3 = 62,4296 lbm/ft3 Viskositas () = 0,8 cP = 0,000538 lbm/ft.s

Laju alir volumetrik,   ₃ 

m m

ft / lb 62,4296

/sec lb 18,3717

ρ

F

Q 0,2943 ft3/sec

Desainpompa:Asumsi aliran turbulen

Di,opt = 3,9 (Q)0,45 ()0,13 (Walas,1988) = 3,9 (0,2943)0,45 (62,4296)0,13

= 3,8495 in

Dari Appendiks A.5 Geankoplis (1993), dipilih pipa commercial steel :

Ukuran nominal : 4 in

Schedule number : 40

(31)

Inside sectional area : 0,0687 ft2

Bilangan Reynold :

NRe =

= 90.664,98 (Turbulen)

Friction loss :

1 Sharp edge entrance= hc = 0,55

=0,243 ft.lbf/lbm

1 check valve = hf = n.Kf.

=0,216 ft.lbf/lbm

(32)

Total friction loss :  F = 1,3931 ft.lbf/lbm

Dari persamaan Bernoulli :









0

Maka dipilih pompa dengan daya motor = 1 Hp

LC.3 NaHCO3 Screw Conveyor (T-01)

Fungsi : Mengalirkan NaHCO3 ke bak Neutralisasi Bahan konstruksi : Carbon steel

Bentuk : Horizontal scew conveyor

(33)

Horizontalscew conveyor NaHCO3

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

Jarak angkut L = 30 ft = 9,144 m Laju alir bahan F = 1.800 kg/hari = 75 kg/jam

= 165,3439 lb/jam

Densitas bahan ρ = 1.059 kg/m3 = 66,081 lb/ft3

Direncanakan dalam 1 proses cukup ditempuh 1/6 jam kerja (10 menit)

0816 , 66

3239 , 165

 

 F

Q = 2,5021 ft3/jam

6 1

1

 = 15,0127 ft3/jam

Dipilih screw conveyor dengan diameter 13 in,

Dari Tabel 5.3 dan Tabel 5.4 Walas, 1988 didapatkan harga: Kecepatan putaran maximum(ωmax) = 60 rpm,

Kapasitas masksimum (Qmax) = 90 ft3/jam

Faktor S = 171

Horse Power factor (f ) = 0,7 Sehingga, kecepatan putaran (ω),

max max

Q

Q 

  (Walas, 1988)

ω =

90 60 15,0127x

=10 rpm

Daya conveyor : P = [sx fxQx]xL (Walas, 1988) P = [171 x 10 + 0,7 x 15,012 x 66,081] x 30

= 72.132,1674 Faktor keamanan 20%,

P =1,2 x 72.132,1674 = 86.558,0088

Umpan

Keluaran

(34)

Efisiensi 80%, P = 108.198,2511 = 0,1082 Hp Maka dipilih conveyor dengan daya 0,2 Hp

LC.4 FeCl2 Screw Conveyor (T-02)

Fungsi : Mengalirkan FeCl2 ke bak Neutralisasi Bahan konstruksi : Carbon steel

Jumlah : 1 unit

Horizontalscew conveyor FeCl2

Temperatur T = 30°C Tekanan operasi P = 1 atm

Jarak angkut L = 30 ft = 9,144 m Laju alir bahan F = 64,584 kg/hari = 2,691 kg/jam

= 5,9325 lb/jam

184 , 197

9325 , 5

 

 F Q

6 1

1

 = 0,18 ft3/jam

Faktor S = 171

Umpan

Keluaran

(35)

max max

Q

Q 

  (Walas, 1988)

ω = 90

60 18 ,

0 x

=0,1 rpm = 1 rpm

Daya conveyor : P = [sx fxQx]xL (Walas, 1988) P = [171 x 1 + 0,7 x 0,18 x 197,184]x30

P =1,2 x 5.875,3555 = 7.050,4266 Efisiensi 80%, P = 8.813,0333 = 0,0088 Hp Maka dipilih conveyor dengan daya 0,01 Hp

LC.5 NiCl2 Screw Conveyor (T-03)

Fungsi : Mengalirkan NiCl2 ke bak Neutralisasi Bahan konstruksi : Carbon steel

Jumlah : 1 unit

Jarak angkut L = 30 ft = 9,144 m Laju alir bahan F = 0,864 kg/hari = 0,036 kg/jam

= 0,0793 lb/jam

Umpan

Keluaran

(36)

6155 , 221

0793 , 0

 

 F Q

6 1

1

 = 1,8211 ft3/jam

Faktor S = 171

max max

Q

Q 

  (Walas, 1988)

ω = 90

60 8211 ,

1 x

= 1,214 rpm

Daya conveyor : P = [sx fxQx]xL (Walas, 1988) P = [171 x 1,214 + 0,7 x 1,8211 x 221,6155]x30

P =1,2 x 13.605,2637 = 16.326,3165 Efisiensi 80%, P = 20.407,8956

= 0,0204 Hp Maka dipilih conveyor dengan daya 0,03 Hp

LC.6 CoCl2 Screw Conveyor (T-04)

Fungsi : Mengalirkan CoCl2 ke bak Neutralisasi Bahan konstruksi : Carbon steel

(37)

Jarak angkut L = 30 ft = 9,144 m Laju alir bahan F = 2,4408 kg/hari

= 0,2242 lb/jam

5047 , 209

2242 , 0

 

 F Q

6 1

1

 = 0,0064 ft3/jam

Faktor S = 171

max max

Q

Q 

  (Walas, 1988)

ω =

90 60 0064 ,

0 x

=0,0096 rpm = 1 rpm

Daya conveyor : P = [sx fxQx]xL (Walas, 1988) P = [171 x 1 + 0,7 x 0,0064 x 209,5047]x30

P =1,2 x 5.158,1574 = 6.189,7889

Umpan

Keluaran

(38)

Efisiensi 80%, P = 7.737,2362 = 0,0077 Hp Maka dipilih conveyor dengan daya 0,01 Hp

LC.7 Tangki Neutralisasi (M-01)

Fungsi : Mencampur POME dengan NaHCO3 dan Nutrisi Bentuk : Silinder vertikal dengan alas datar dan tutup elipsoidal Bahan Konstruksi: Carbon steel SA-285 grade C

Jumlah : 1 unit Kondisi operasi :

P = 1 atm T = 55 0C

Laju alir massa (F) = 721.867,8888 kg/hari Densitas () = 1000,20 kg/m3 Viskositas () = 0,8 cP

Laju alir volumetrik (Q) = ₃

kg/m 1000,20

/ 88

721.867,88 kg hari

= 721,7235 m3/hari Volume tangki, VT = ( 1+ 0,2 ) x 721,7235 m3

= 866,0683 m3

Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (HS : DT ) = 3 : 2 Volume silinder =



: 3:2



4

1 2 _

T S S

T H H D

D 

= 3

8 3

T D 

DT ( diameter tangki ) = 8,8303 m = 347,6486 in

HS ( tinggi silinder ) = 3/2DT = 3/2 x 8,8303 = 13,2454 m Menghitung diameter dan tinggi tutup

Diameter tutup = diameter tangki = 8,8303 m Asumsi Hh : Di = 1 : 4

Tinggi tutup  8,8303 2,2076 m  4

1

(39)

Tinggi total = 13,2454 + 2,2076 = 15,453 m Menghitung tebal shell tangki

(Perry, 1999)

Dimana:

t = tebal shell (in)

P = tekanan desain (Psia) R = jari-jari dalam tangki (in) S = allowable stress (Psia) E = joint efficiency

n = umur alat (tahun)

C = corrosion allowance (m/tahun) Volum larutan = 721,7235 m3 Volum tangki = 866,0683 m3 Tinggi larutan dalam tangki = Tekanan hidrostatik

P = ρ x g x l

= 1000,2 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 12,8775 m = 126.224,7399 Pa = 18,32 psia

Faktor kelonggaran = 20 % Maka, Pdesain = (1,2) (P operasi)

= 1,2 (14,696 + 18,32) = 39,6192 psia

- Direncanakan bahan konstruksi Carbon Steel SA-285 grade C

- Allowable working stress (S) : 13.700 psia (Peters et.al., 2004) - Joint efficiency (E) : 0,8 (Peters et.al., 2004)

- Corossion allowance (C) : 0,125 in/tahun (Perry, 1999) - Umur alat : 10 tahun

t = 1,8797 in

tebal shell standar yang digunakan adalah 2 in (Brownell, 1959) menghitung tebal tutup tangki

Tutup atas tangki terbuat dari bahan yang sama dengan shell

(40)

Perancangan Sistem pengaduk

Jenis : flat 6 blade turbin impeller

Baffle : 4 buah

Kecepatan putaran (N) : 0,3 rps (Geankoplis, 1993) Efisiensi motor : 80 %

Pengaduk didesain dengan standar berikut :

Da : Dt = 0,3 J : Dt = 1 : 12 W : Da = 1 : 5 5. Panjang daun impeller (L) = 0,6623 m Daya untuk pengaduk :

Dari tabel 3.4-5 (Geankoplis, 1993) diperoleh Np = 4

(41)

LC.8 Pompa Neutraliser (P-02)

Fungsi : Memompa bahan baku ke tangki pencampur Jenis : Pompa screw pump

Jumlah : 1 unit

Di,opt = 3,9 (Q)0,45 ()0,13 (Walas,1988) = 3,9 (0,295)0,45 (62,44)0,13

= 3,8538 in

Diameter Dalam (ID) : 4,026 in = 0,3355 ft Diameter Luar (OD) : 4,5 in = 0,375 ft

(42)

= 127.816,349 (Turbulen)

Friction loss :

(43)

Maka :

LC.9 Pompa Sedimentasi (P-05)

Fungsi : Memompa umpan recycle ke tangki pencampur Jenis : Pompa screw pump

(44)

Di,opt = 3,9 (Q)0,45 ()0,13 (Walas,1988) = 3,9 (0,1161)0,45 (50,6410)0,13

= 2,6052 in

Kecepatan linear, v = Q/A = ₂

Friction loss :

= 0,1642 ft.lbf/lbm

(45)

Pipa lurus 150 ft = Ff = 4f

= 1,2846 ft.lbf/lbm

1 Sharp edge exit = hex =









0

(46)

LC.10 Tangki pencampur (M-02)

Fungsi : Mencampur POME dengan umpan recycle

Bentuk : Silinder vertikal dengan alas datar dan tutup elipsoidal Bahan Konstruksi: Carbon steel SA-285 grade C

P = 1 atm T = 55 0C

kg/m 952,945

/ 72

952.268,11 kg hari

= 999,2897 m3/hari Volume tangki, VT = ( 1+ 0,2 ) x 999,2897 m3

= 1.199,1476 m3



: 3:2



4

1 2 _

T S S

T H H D

D 

= 3

8 3

T D 

HS ( tinggi silinder ) = 3/2DT = 3/2 x 9,8313 = 14,7469 m Menghitung diameter dan tinggi tutup

Diameter tutup = diameter tangki = 9,8313 m Asumsi Hh : Di = 1 : 4

Tinggi tutup 2,4578 m

Tinggi total = 14,7469 + 2,4578 = 17,2047 m

Menghitung tebal shell tangki

(Perry, 1999)

  9,8313

4 1

x

C n P SE

PR

t .

6 ,

0 

(47)

Dimana:

C = corrosion allowance (m/tahun) Volum larutan = 751,85 m3

Volum tangki = 902,22 m3

Tinggi larutan dalam tangki = 13,07 m Tekanan hidrostatik

P = ρ x g x l

= 1,2 ( 14,696 + 17,7108) = 38,888 psia

- Corossion allowance (C) : 0,125 in/tahun (Perry,1999) - Umur alat : 10 tahun

t = 1,876 in

Tebal tutup atas = 2 in (Brownell, 1959)



68 , 15 22 , 902

85 , 751

x



38,888

 

10 0,125



6

, 0 ) 8 , 0 13700 (

2 352,37 888

, 38

x x

t 



   

(48)

Baffle : 4 buah

Da : Dt = 0,3 J : Dt = 1 : 12 W : Da = 1 : 5 10.Panjang daun impeller (L) = 0,671 m Daya untuk pengaduk :

= 68.747.611,25

Dari tabel 3.4-5 (Geankoplis, 1993 ) diperoleh Np = 4

P = ₂

Jadi daya motor = 111,4239 hp Motor yang digunakan = 150 HP

LC.11 Pompa Umpan Bioreaktor Berpengaduk (P-04)

Fungsi : Memompa bahan baku ke Reaktor Jenis : Pompa screw pump

(49)

Kondisi operasi :

Di,opt = 3,9 (Q)0,45 ()0,13 (Walas,1988) = 3,9 (0,2042)0,45 (59,49)0,13

= 3,4302 in

(50)

Friction loss :

= 0,4634 ft.lbf/lbm

= 0,3091 ft.lbf/lbm

= 0,4182 ft.lbf/lbm

(51)

- 13,8041 = -0,75 x Wp Wp = 18,4054 ft.lbf/lbm

Daya pompa :

P = m x Wp =

s lbf ft

hp

/ . 550

1 x ft.lbf/lbm 12,1491

lbm/s

18,4054 

= 0,3606 Hp

Maka dipilih pompa dengan daya motor = 1₂ Hp

LC. 12 Fermentor (R-01)

Fungsi : Tempat berlangsungnya reaksi fermentasi Tipe : Bioreaktor berpengaduk

Bentuk : Silinder vertikal dengan alas datar dan tutup elipsoidal Bahan Konstruksi: Carbon steel SA-285 grade C

Jumlah : 1 unit Waktu Tinggal : 6 hari Kondisi operasi :

P = 1 atm T = 55 0C

kg/m 952,945

/ 86

476.134,05 kg hari

= 499,6448 m3/hari Volume tangki, VT = ( 1+ 0,2 ) x 499,6448 m3 x 6 hari

= 3.597,4429 m3

(52)

Volume silinder =



: 3:2



Menghitung diameter dan tinggi tutup

Diameter tutup = diameter tangki = 14,5103 m

Hh : Dt = 1 : 6 (Brownell, 1959)

Tinggi tutup 2,4184 m

Tinggi total = 21,7655 + 2,4184 = 24,1839 m Tinggi bahan dalam tangki =

tangki

Baffle : 4 buah

Da : Dt = 0,3 J : Dt = 1 : 12 W : Da = 1 : 5

= 3.359.111,0866

  14,5103

6 1

(53)

Dari tabel 3.4-5 (Geankoplis, 1993 ) diperoleh Np = 4

Menghitung Tebal Tangki :

Menghitung tebal shell tangki

(Perry, 1999)

Dimana:

C = corrosion allowance (m/tahun) Volum larutan = 2.997,8688 m3 Volum tangki = 3.597,4429 m3

Tinggi larutan dalam tangki = 20,1533 m Tekanan hidrostatik

P = ρ x g x l

= 1,2 (14,696 + 27,2974) = 50,3921 psia

(54)

t = 2,5669 in

Tebal tutup atas = 3 in (Brownell, 1959)

Jaket Pendingin

Jumlah air = 693.539,279 kg/hari IDJaket = OD shell = 571,2722 inch TinggiJaket = TinggiReaktor =952,122 inch

Jarak Jaket = 12 inch

ODJaket = 571,2722 in +2 x 12in = 595,2722 inchi

LC.13 Pompa Umpan Reaktor Floating Roof (P-03)

Fungsi : Memompa bahan baku ke Reaktor Jenis : Pompa screw pump

Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi :

Laju alir massa (F) = 19.838,919 kg/jam = 12,1491 lbm/s Densitas () = 952,945 kg/m3 = 59,492 lbm/ft3 Viskositas () = 0,8 cP = 0,000538 lbm/ft.s



50,3921

 

10 0,125



6

, 0 ) 8 , 0 13700 (

2 2722 , 571 50,3921

x x

t 



   

(55)

Di,opt = 3,9 (Q)0,45 ()0,13 (Walas,1988) = 3,9 (0,2042)0,45 (59,49)0,13

= 3,4302 in

Dari Appendiks A.5 Geankoplis (1993), dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal : 31₂ in

Friction loss :

(56)

= 0,55



  

_

= 0,2060 ft.lbf/lbm

= 0,2746 ft.lbf/lbm

= 0,3715 ft.lbf/lbm

(57)

Daya pompa :

P = m x Wp =

s lbf ft

hp

/ . 550

lbm/s

16,3227 

= 0,3606 Hp

Maka dipilih pompa dengan daya motor = 1₂ Hp

LC.14 Bioreaktor Floating Roof (R-02)

Fungsi : Tempat berlangsungnya reaksi fermentasi Bentuk : Floating Roof Tank

Bahan Konstruksi: Carbon steel SA-285 grade C

P = 1 atm T = 55 0C

Desain Tangki 1.

kg/m 952,945

/ 86

476.132,05 kg hari

= 499,6427 m3/hari Volume Bahan = 2.997,8565 m3

Volume tangki, VT = ( 1+ 0,2 ) x 2.997,8565 m3 = 3.597,4278 m3



: 3:2



4

1 2 

T S S

T H H D

D 

= 3

8 3

(58)

HS ( tinggi silinder ) = 3/2DT = 3/2 x 14,5103 = 21,7655 m

Menghitung tebal shell tangki Volum larutan = 2.997,8565 m3 Volum tangki = 3.597,4278 m3 Tinggi larutan dalam tangki =

Tekanan hidrostatik P = ρ x g x l

= 952,945 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 18,1379 m = 169.387,3527 Pa

= 24,5845 Psia

= 1,2 (14,696 + 24,5845) = 47,1366 psia

(Perry, 1999)

t = 2,486 in = 0,6303 m

tebal shell standar yang digunakan adalah 2 ½ in 2. Desain Tangki Atas

Diameter2 = D1-2xTebal shell1

= 14,5103 m – 2 x (0,6303) = 13,2497 m

P1 = 1 atm

m x21,7655 18,1379 3.597,4278

2.997,8565 _







47,1366

 

10 0,125



6

, 0 ) 8 , 0 13700 (

2714 , 571 2 1 47,1366

x x

t 

 

C n P SE

PR

t .

6 ,

0 

(59)

P2 = Po + Psetimbang P setimbang (kPa) = exp{

C T

B -A

 }

= exp{

17 , 230 55

7 , 3885 387

, 16



 }

= 15,82 kPa

P2 = 1 atm + 15,82 kPa

= 1,256 atm

P1V1 = P2V2

1. 3.597,4278 = 1,256 x V2 V2 = 2.864,1941 m3 V2 =Ax h

h =

2 2

4 1

2.864,1941

D 

= 17,6414 m

Maka jarak tangki kedua ke dasar tangki pertama = 20,07 m- 17,6414 m = 2,4286 m

Jaket Pendingin

Jumlah air = 693.539,279 kg/hari IDJaket = OD shell = 571,2714 inch TinggiJaket = TinggiReaktor =856,9095 inch

Jarak Jaket = 12 inchi

ODJaket = 571,2714 in +2 x 12in = 595,2714 in

Luas laluan air = ₂2 ₁2

4D D



= 21,977,6664 in2

(60)

Dari Metawater Co.Ltd, 2010, untuk volume tangki 407 m3 maka jumlah gas yang disirkulasikan 3,6 m3/min

Maka untuk volume 3.597,4278 m3, jumlah gas yang sirkulasikan 31,82 m3/min. Daya blower dapat dihitung dengan persamaan,

Tekanan hidrostatik bejana P = ρ x g x l

= 952,945 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 18,1379 m = 169.387,3527 Pa

= 24,5845 Psia = 1,6938 atm

P blower > P bejana, maka fluida bisa mengalir

33000 Q efisiensi 144

P   (Perry, 1999) Efisiensi blower,  = 75 

Q = 31,82 m3/min = 1.909,2 m3/jam Sehingga,

33000 1.909,2 0,75

144

P   = 6,2483 hp

Maka dipilih blower dengan daya 7 hp

LC.15 Tangki Sedimentasi (RC-01)

Fungsi : Mengendapkan sebagian padatan-padatan yang keluar dari fermentor.

Jenis : Gravity Thickner

Jumlah : 1 unit

Bahan konstruksi : Carbon steel SA-212, GradeC

Data :

Laju massa = 57.600,0571 kg/2jam Densitas = 985,66 kg/m3

Diameter dan tinggi tangki

(61)

Kedalaman air = 3-10 m

Settling time = 1-3 jam

Dipilih : kedalaman air (h) = 5 m, waktu pengendapan = 2 jam

Diameter dan Tinggi tangki

Volume , V = ₃

kg/m 985,66

kg/2jam 1

57.600,057

= 58,44 m3/2jam Faktor kelonggaran = 20%

Volume = 1,2 × 58,44 m3 = 70,128 m3

a. Diameter dan tinggi tangki

Hs

½ D

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

4 H

πD s

2

(Brownell, 1959)

Vs = 3

πD3

 Volume alas berupa kerucut (Vc)

½ D

H

_c

Vs = 12

H

πD c

2

(62)

Perbandingan tinggi kerucut dengan diameter kerucut (Hc : D) = 1:2 Vc =

24

πD3

... (Perry, 1999)

 Volume (V)

V = Vs + Vc = 8

D 3 3

70,128 m3 = 1,178097 D3 D = 3,9052 m Hs = (4/3) × D = 5,2069 m

b. Diameter dan tinggi kerucut

Perbandingan tinggi kerucut dengan diameter (Hh : D) = 1: 2 Diameter tutup = diameter tangki = 3,9052 m

Tinggi tutup = 

  

 

2 m 3,9052

= 1,9526 m Tinggi total = 7,1595 m

LC.16 Water Trap (DT-01)

Fungsi : Sebagai wadah pemisah air dan biogas. Bahan konstruksi : Carbon Steel SA –285 Grade C

Bentuk : Silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal

Jenis sambungan : Double welded butt joints

Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi :

Tekanan = 1 atm

Temperatur = 30 oC = 303,15 K Kebutuhan perancangan = 3 hari

Komponen Laju massa (kg/hari)

Laju mol (kmol/hari)

(63)

H2S 23.423,44 532,351

CO2 3,2622 0,095947

H2O 79,8108 4,433933

Total 31.942,94 1.064,16

Volume air untuk penyimpanan 3 hari (72 jam)

Laju alir air = 79,8108 kg/hari

ρcairan =4,7205 kg/m3

Volume Cairan = 16,9073

7205 , 4 79,8108

 m3/hari

Waktu Tinggal = 3 hari

Volume = 50,7219 m3

Volume Tangki (1,5xVolume Cairan) = 1,5 x 50,7219 m3 = 76,0828 m3

Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (Hs : D) = 3:2 Perbandingan tinggi elipsoidal dengan diameter tangki (Ht:D) = 1:4

Volume silinder = 2 3

8 3

4 D Hs D



 _ _

Volume tutup elipsoidal = 3 24D



Vt = Vs + 2Vh

Vt = 3

24 11

D





Diameter tangki = 3,7531m

3,14 11

76,0828 24

11 24

3

3 

  



t

V

= 147,7598 in

Tinggi tangki = 3,7531 5,6297 m 2

3

 

Tinggi tutup elipsoidal = 3,7531 0,9383 m 4

1_ _

Tinggi total tangki = Hs + 2He = 7,5063 m Tebal tangki

Allowable stress(S) = 13.700 psi

Efisiensi sambungan (E) = 0,8

(64)

Tekanan operasi = 1 atm = 14,696 psia

maka digunakan silinder dengan tebal tangki 1,5 in (0,032m).

LC.17 Desulfuriser (D-01) Fungsi : menyerap gas H2S. Jenis : Fixed bed ellipsoidal

Bahan : Carbon steel, SA-283, grade C

Kondisi operasi T = 65 0C (Walas, 1988)

P = 1 atm

Jumlah gas terserap (F) = 3,2622 kg/hari Volume adsorbent :

Katalis yang digunakan adalah ZnO (Mann & Spath, 2001) Sebanyak 30 kg H2S/100 kg adsorbent.

Densitas adsorbent = 1250 kg/m3 (Mann & Spath, 2001) Porositas pada design adsorber () = 0,4 (Mann & Spath, 2001) Jumlah katalis = 3,2622 x 100/30

= 10,874 kg/hari

Faktor keamanan 20%

Jumlah katalis aktual = (1+0,2) x 10,874

Direncanakan banyak nya katalis selama 10 bulan operasi, maka : Volume adsorbent = 0,0174

hari

Ukuran adsorber :

(65)

Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (Hs : D) = 3:2

Direncanakan tangki mempunyai tutup dan alas berbentuk ellipsoidal, Perbandingan tinggi elipsoidal dengan diameter tangki (Ht:D) = 1:4 Tinggi tutup elipsoidal = 1,6427 0,4107m

4

1_ _

Tinggi total adsorber = Hs + 2xHe = 3,2818 m

Tebal dinding tangki :

Tekanan = 1 atm = 14,696 psi

Tekanan design = (1,05 x 14,696) = 15,43 psi

Allowable working stress (S) = 13.700 psi Efisiensi sambungan (E) = 0,8

Corrosion factor (CA) = 0,125 in/thn

maka digunakan silinder dengan tebal tangki 1,5 in (0,0381m). LC.18 Generator (GE-01)

Generator terdiri dari : - Kompresor

- Turbin Kompresor

(66)

Jenis : Centrifugal compressor

Jumlah : 1 unit Data:

Laju alir massa = 192.553,26 kg/hari = 8.023,053 kg/jam

Densitas udara = 1.126 kg/m3 = 70,296 lbm/ft3 = 34,47 ft3/menit

Diameter pipa ekonomis (De) dihitung dengan persamaan :

De = 3,9 (Q)0,45( ρ )0,13 (Timmerhaus,1991) = 3,9 (0,0699 ft3/detik)0,45(70,296 lbm/ft3)0,13

= 2,0472 in

Dipilih material pipa commercial steel 2,5 inchi Sch 40 : Diameter dalam (ID) = 2,469 in

Jika efisiensi motor adalah 80 %, maka : 1.081,775 hp

Turbin

Fungsi : Menurunkan tekanan gas dari ruang pembakaran Jenis : Centrifugal expander

Jumlah : 1 unit Data:

Laju alir massa = 192.553,26 kg/hari = 8.023,053 kg/jam Densitas udara = 1.126 kg/m3

(67)

Densitas Biogas = 1,18 kg/m3

Diameter pipa ekonomis (De) dihitung dengan persamaan :

De = 3,9 (Q)0,45( ρ )0,13 (Timmerhaus,1991) = 3,9 (0,0083 ft3/detik)0,45(70,2957 lbm/ft3)0,13

= 0,7837 in

Dipilih material pipa commercial steel 1 inchi Sch 40 : Diameter dalam (ID) = 1,049 in

Diameter luar (OD) = 1,315 in Luas penampang (A) = 0,006 ft2

Tekanan masuk (P1) = 6 atm = 12.679,344 lb/ft2 = 88,716 psia Tekanan keluar (P2) = 1 atm = 2116,224 lb/ft2 = 14,696 psia Temperatur keluar = 55 0C

Jika efisiensi motor adalah 80 %, maka : -0,14 hp

Daya generator yang dihasilkan per hari adalah = Daya kompresor + Daya Turbin = 692,34 hp + -0,14 hp

= 692,2 hp Maka listrik yang dihasilkan per hari = 692,2 hp x 0,7457

= 0,5162 MWh/jam = 12,3882 MWh/hari

LC.19 Bak Umpan POME (BP-02)

Fungsi : Menampung POME

Bentuk : Bak Silinder vertikal dengan alas datar Bahan konstruksi : Beton

(68)

Kondisi operasi : P = 1 atm T = 30 0C

kg/m 811,1699

/ 52

691.200,68 kg hari

= 852,1035 m3/hari Volume larutan = τ x Q = 7 hari x 852,1035 m3/hari = 5.964,7243 m3 Volume tangki, VT = ( 1+ 0,2 ) x 5.964,7243 m3

= 7.157,6691 m3

Perhitungan ukuran bangunan Ukuran bak :

Panjang bak (p) = 2 x lebar bak (l) maka p = 2l Tinggi bak (t) = ½ x lebar bak (l) maka t = ½ l Maka :

Volume bak (V) = p x l x t 7.157,6691 m3 = 2l x l x ½ l Lebar bak (l) = 19,2719 m Dengan demikian,

Panjang bak (p) = 38,5437 m Tinggi bak (t) = 9,6359 m

Lebar bak (l) = 19,2719 m

Tinggi larutan dalam bak = x 9,6359 m 7.157,6691

5.964,7243

(69)

LC.25 Pompa Bak Penampungan (P-07)

Fungsi : Memompa POME menuju fermentor Bentuk : Pompa sentrifugal

Bahan konstruksi : Commercial steel

Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi :

m m

ft / lb 50,6410

/sec lb 17,6368

ρ

F

Q 0,3483 ft3/s

Di,opt = 3,9 (Q)0,45 ()0,13 (Walas,1988) = 3,9 (0,3483)0,45 (50,6410)0,13

= 4,0412 in

3

0,139 / 0,3483

ft s ft

= 2,5055 ft/s

Bilangan Reynold : NRe =



vD

(70)

= Friction loss :

= 0,3658 ft.lbf/lbm

= 0,1856 ft.lbf/lbm

(71)

P1 = P2

LC.26 Pompa Sedimentasi (P-08)

Fungsi : Memompa umpan recycle ke tangki pencampur Jenis : Pompa screw pump

(72)

Di,opt = 3,9 (Q)0,45 ()0,13 (Walas,1988) = 3,9 (0,1159)0,45 (50,6410)0,13

= 2,6030 in

Friction loss :

(73)

= 0,2977 ft.lbf/lbm

(74)

Maka dipilih pompa dengan daya motor = ½ Hp

LC.27 Pompa Tangki Penyimpan (P-09)

Fungsi : Memompa bahan ke tangki penyimpan Jenis : Pompa screw pump

Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi :

m m

ft / lb 50,6410

/sec lb 18,0162

ρ

F

Q 0,3558 ft3/s

Di,opt = 3,9 (Q)0,45 ()0,13 (Walas,1988) = 3,9 (0,3558)0,45 (50,6410)0,13

= 4,0801 in

3

0,139 / 0,3558

ft s ft

(75)

Bilangan Reynold : NRe =

= 101.404,9616 (Turbulen) Friction loss :

= 0,2291 ft.lbf/lbm

= 0,1936 ft.lbf/lbm

1 Sharp edge exit = hex = Dari persamaan Bernoulli :

(76)

P1 = P2 Z = 12 ft Maka :



12



0 0,7790 . / 0

. / . 174 , 32

/ 174 , 32

0 ₂

2

  



 ft ftlbf lbm W_s

s lbf lbm ft

s ft

Ws = - 12,7790 ft.lbf/lbm

P Effisiensi pompa , = 75 %

Ws = -  x Wp - 12,7790 = -0,75 x Wp Wp = 15,9738 ft.lbf/lbm

Daya pompa :

P = m x Wp =

s lbf ft

hp

/ . 550

lbm/s

18,0162 

= 0,5232 Hp