LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA

(1)

LAMPIRAN A

PERHITUNGAN NERACA MASSA

A.1 Perhitungan Pendahuluan

Kapasitas produksi Gas H2 (99,99%) = 40000 ton/tahun, dengan ketentuan sebagai

berikut :

1 tahun = 330 hari kerja 1 hari kerja = 24 jam

Basis = 1 jam

Kapasitas pabrik tiap jam = 40000 ton/tahun × 1000 kg/ton × 1 tahun / 330hari × 1kmol / 2,016 kg × 1hari / 24 jam

= 2505,21 kmol/jam = 5050,50 kg/jam

A.2 Rotary Dryer (B-101)

Fungsi : Mengeringkan umpan tandan kosong kelapa sawit (TKKS) sampai moisture contentnya 12 % TKKS H2O (F15) (F4) (F2) (F3) N2 O2 SO2 CO2 H2O TKKS H2O N2 O2 SO2 CO2 H2O

(2)

Konsistensi dari air dried empty fruit bunch adalah 88 % = 0,88 maka air dalam tandan kosong kelapa sawit dapat diperoleh dengan rumus ( anonim, 2009 ) sebagai berikut : F4Air = m TKKS kering x  −1 100 i konsistens = 114336,8 x     ₋₁ 88 100 = 15591,38 kg/jam F2 = F3 + F4 Neraca massa total

Neraca massa Komponen

Tunnel dryer dapat menghilangkan air sebanyak 10% dari berat bahan (Riegel, 1998) Alur 3 F3uap air = % 90 % 10 x 129928,2 kg/jam = 14436,47 kg/jam F2TKKS = F4TKKS = 114336,8 kg/jam Alur 4

F2air = ( 15591,38 + 14436,47 ) kg/jam = 30027,85 kg/jam

Tabel LA.1 Neraca massa pada Rotary Dryer

Komponen

Masuk Keluar

Aliran 2 Aliran 3 Aliran 4

TKKS 114336,8 114336,8

Air 30027,85 14436,47 15591,38

Total

144364,7 14436,47 129928,2 144364,7 144364,6697

(3)

A.3 Gasifier (R-201)

Fungsi : Mengubah umpan tandan kosong kelapa sawit (TKKS) menjadi gas sintesa (gasifikasi). (F5) (F6) (F4) (F16) H2 CO2 CO H2O CH4 C2H4 C2H6 Olivine Char olivine Steam TKKS H2O

Tabel LA.2 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 (1,6 bar)

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

Komposisi gas sintesa % mol (basah) % mol (kering)

H2 18,700 20,800

CO2 8,900 11,100

(4)

H2O 19,900 0,000

CH4 12,600 15,700

C2H2 0,000 0,000

C2H4 4,200 5,200

C2H6 0,600 0,740

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

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

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

A.3.1 Menghitung Aliran Massa Masing-Masing Komponen dalam Gas Hasil Sintesa

Massa TKKS (basis kering) = 114336,818 kg = 252066,950lb

Mol gas hasil sintesa : (N6total) = 0,03503 lb-mol gas kering/lb TKKS (basis kering)

= 0,03503 x 252066,950lb = 8829,905lb-mol gas kering

= 4005,178kmol 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

(5)

BMi = berat molekul komponen gas i

Tabel LA.3 Aliran Massa Komponen Gas

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

H2 833,077 2,020 1682,816 CO2 444,575 44,010 19565,735 CO 1854,397 28,010 51941,670 CH4 628,813 16,040 10086,159 C2H4 208,269 28,050 5841,953 C2H6 29,638 30,070 891,224

A.3.2 Menghitung Komponen H2O dalam Gas Sintesa (F6H2O)

Kebutuhan Steam (F5) : F5H2O = 0,39725 lb/lb TKKS (basis kering)

= 0,39725 x 252066,950lb = 100133,596lb

= 45420,301kg Maka,

H2O dalam gas sintesa : F6H2O = F4H2O + F5H2O

= 15591,38kg + 45420,301kg = 61011,681kg

A.3.3 Menghitung Olivine yang di-Recycle ke Gasifier (F6olivine)

F6Olivine = 26,927 lb/lb TKKS (basis kering) = 26,927 x 252066,950lb

(6)

= 3078692,628kg

A.3.4 Menghitung Char yang dihasilkan (F6char)

F6char = 0,221 lb/lb kayu (basis kering) = 0,221 x 252066,950lb

= 55706,79 lb = 25268,43 kg

Tabel LA.4 Neraca Massa pada Gasifier

Komponen

Masuk (kg) Keluar (kg)

Aliran 4 Aliran 5 Aliran 16 Aliran 6

H2 - - - 1682,816 CO2 - - - 19565,735 CO - - - 51941,670 H2O 15591,380 45420,301 - 61011,681 CH4 - - - 10086,159 C2H4 - - - 5841,953 C2H6 - - - 891,224 Olivine - - 3078692,628 3078692,628 Char - - - 24456,572 TKKS 114336,818 - - 0,000 Subtotal aliran 129928,198 45420,301 3078692,628 3254170,438 Total aliran 3254170,438 3254170,438

(7)

A.4 Char Combustor (R-202)

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

(F8) (F11) (F13) (F14) Olivine char Olivine MgO N2 O2 SO2 CO2 H2O Abu Olivine MgO N2 O2

Tabel LA.5 Komposisi Tandan Kosong Kelapa Sawit (basis kering) :

Komponen C H O N S Abu

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

Moisture = 12 % berat TKKS

Sumber : Thermodynamic Data for Biomass Conversion and Waste Incineration

A.4.1 Menghitung Komposisi Char yang Terbentuk dari Gasifikasi TKKS

Kapasitas bahan baku (TKKS) = 114336,818 kg (basis kering)

A.4.1.1 Karbon (C) pada char TKKS

a. Karbon pada TKKS = 49 % kapasitas bahan baku (TKKS) = 56025,041kg

(8)

b. 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.6 Karbon pada Gas Sintesa

Komponen i BMi BMCi BMCi / BMi mi Ci CO2 44,010 12,000 0,273 19565,735 5334,897 CO 28,010 12,000 0,428 51941,670 22252,769 CH4 16,040 12,000 0,748 10086,159 7545,755 C2H4 28,050 24,000 0,856 5841,953 4998,462 C2H6 30,070 24,000 0,798 891,224 711,320

Total kandungan karbon pada gas hasil sintesa (gasifikasi) 40843,202

Maka,

karbon pada char TKKS = karbon pada TKKS – karbon pada gas sintesa = 15181,839 kg

(9)

A.4.1.2 Hidrogen (H) pada char TKKS

a. Hidrogen pada TKKS = 5,87 % kapasitas bahan baku (TKKS) = 6711,571 kg

b. Hidrogen pada gas hasil sintesa

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

dimana :

Hi = kandungan hidrogen pada komponen gas i (kg)

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

Tabel LA.7 Hidrogen pada Gas Sintesa

Komponen i BMi BMHi BMHi / BMi mi Hi H2 2,020 2,020 1,000 1682,816 1682,482 CH4 16,040 4,039 0,252 10086,159 2539,901 C2H4 28,050 4,039 0,144 5841,953 841,241 C2H6 30,070 6,059 0,201 891,224 179,573

Total kandungan hidrogen pada gas hasil sintesa (gasifikasi) 5243,197

Maka,

Hidrogen pada char TKKS = Hidrogen pada TKKS – Hidrogen pada gas sintesa = 1468,374kg

(10)

A.4.1.3 Oksigen (O) pada char TKKS

a. Oksigen pada TKKS = 43,97 % kapasitas bahan baku (TKKS) = 50273,899 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)

Tabel LA.8 Karbon pada Gas Sintesa

Komponen i

BMi BMOi BMOi / BMi mi Oi

CO2 44,010 32,000 0,727 19565,735 14226,392

CO 28,010 16,000 0,571 51941,670 29670,358 Total kandungan oksigen pada gas hasil sintesa (gasifikasi) 43896,750

Maka,

Oksigen pada char TKKS = Oksigen pada TKKS – Oksigen pada gas sintesa = 6377,149 kg

(11)

A.4.1.4 Nitrogen (N) pada char TKKS

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

F8N = 0,3 % kapasitas bahan baku (TKKS) = 343,010 kg

F8N = 343,010 kg

A.4.1.5 Sulfur (S) pada char TKKS

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

F8S = 0,09 % kapasitas bahan baku (TKKS) = 102,903 kg

F8S = 102,903 kg

A.4.1.6 Abu pada char TKKS

F8abu TKKS = Abu TKKS = 983,297 kg

A.4.2 Estimasi formula (rumus molekul) char TKKS

F8totalcharTKKS = F6C char + F6H char + F6O char + F6N char + F6S char + F6Abu char

(12)

Tabel LA.9 Komposisi char TKKS

Komponen C H O N S Abu

berat (kg) 15181,839 1468,374 6377,149 343,010 102,903 983,297 % berat (% w) 62,077 6,004 26,075 1,403 0,421 4,021

Digunakan perbandingan antara char kayu poplar dengan char TKKS 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 TKKS (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

(Sumber : Thermodynamic Data for Biomass Conversion and Waste

Incineration)

Diperoleh HHV2 = 11084,163 Btu/lb

• Menghitung BM char TKKS (BM2)

BM2 = (HHV2 * BM1) / HHV1

BM2 = 184,196 g/mol

Misalkan rumus molekul char TKKS : CpHyOzNbStAbur

Maka,

(13)

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 TKKS adalah : C9,5H11,06O3N0,18S0,024Abu0,239

A.4.3 Menghitung produk pembakaran char TKKS

Reaksi pembakaran sempurna char TKKS :

C9,5H11,0O3N0,18S0,02Abu0,24+10,789O29,5CO2 + 0,024SO2 + 0,09N2 + 5,53H2O

+ 0,239 abu

132,761 1432,363 1261,233 3,186 11,949 734,171 31,730

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

yang dihasilkan.

Mol char yang terbakar = (0,9999 x 24456,572 kg) / 184,196 g/mol = 132,761 kmol

O2 teoritis = 10,789 x 132,761 kmol

= 1432,363 kmol Udara berlebih (excess air) sebagai pembakar = 12 %

(14)

O2 dalam excess air = 112 % x 1432,363kmol = 1604,246 kmol = 51335,883 kg Komponen Udara : N2 = 0,79 mol O2 = 0,21 mol

Mol udara berlebih total = 1604,246 kmol / 0,21 = 7639,268 kmol

Tabel LA.10 Aliran massa masing-masing komponen udara berlebih (excess air) Komponen Udara Kmol/jam Kg/jam

N2 6035,022 168980,615

O2 1604,246 51335,883

CO2 hasil pembakaran = 1261,233kmol

= 1261,233 kmol x 44 kg/kmol = 55494,252 kg

SO2 hasil pembakaran = 3.186 kmol

= 3,186 kmol x 64 kg/kmol = 203,922 kg

N2 hasil pembakaran = 11,949kmol

(15)

= 334,559kg

H2O hasil pembakaran = 734,171 kmol

= 734,171 x 18 kg/kmol = 13215,070 kg

Abu hasil pembakaran = 31,730 kmol

= 31,730 kmol x 31 kg/kmol

= 983,63 kg

F14Abu = Abu hasil pembakaran = 983,63 kg

F14CO2 = CO2 hasil pembakaran

= 55494,268kg

F14 SO2 = SO2 hasil pembakaran

= 203,922 kg

F14 N2 = N2 hasil pembakaran + N2 dari udara

= 169315,174 kg F14H2O = H2Ohasil pembakaran = 13215,070 kg F14O2 = O2 excess - O2 teoritis = 171,884kmol = 5500,273 kg

(16)

Tabel LA.11 Neraca Massa pada Char Combustor Komponen

Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Alur 8 Alur 11 Alur 13 Alur 14

H2O 13215,070 N2 168980,615 169315,174 O2 51335,883 5500,273 CO2 55494,268 SO2 203,922 Olivine 3078384,759 3386,562 3081771,321 MgO 4,054 4,054 Abu 983,630 Char 24454,126 Subtotal 3102838,885 3390,616 220316,499 3326486,619 Total 3326487,712 3326487,712 A.5. Cyclone (H-201)

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

H2 CO2 CO H2O CH4 C2H4 C2H6 Olivine Char H2 CO2 CO H2O CH4 C2H4 C2H6 Olivine Char Olivine (F6) (F7) (F8)

(17)

Cyclone (H-201) memisahkan mayoritas 99,9% olivine dan char F8char = 24456,572kg

F8Olivine = 3078692,628kg Neraca massa komponen :

char : F7char = 99,90% × F8char = 99,90% x 24456,572 = 24454,126kg

Olivine : F7Olivine = 99,90% × F8Olivine = 99,90% x 3078692,628 = 3078384,759kg

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

Komponen Masuk (kg) Keluar (kg)

aliran 6 aliran 7 aliran 8

H2 1682,816 1682,816 - H2O 61011,681 61011,681 - CO 51941,670 51941,670 - CO2 19565,735 19565,735 - H2S 0,000 - NH3 0,000 - CH4 10086,159 10086,159 - C2H6 891,224 891,224 -

(18)

C2H4 5841,953 5841,953 - C2H2 0,000 - C6H6 0,000 - Tar (C10H8) 0,000 - Olivine (solid) 3078692,628 307,869 3078384,759 Char 24456,572 2,446 24454,126 Subtotal aliran 3254170,438 151331,553 3102838,885 Total aliran 3254170,438 3254170,438 A.6. Cyclone (H-202)

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

(F14) (F15) (F16) N2 O2 SO2 CO2 H2O Abu Olivine MgO N2 O2 SO2 CO2 H2O Abu Olivine MgO Olivine MgO Abu

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)

(19)

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 % ηMgO = 1 / [1 + (dpc / dpAbu)2] = 0,962 = 96 % F14Olivine = 3081771,321kg F14Abu = 983,296 kg F14MgO = 4,054kg F16Olivine = 0,999 x F14Olivine = 0,999 x 3081771,321

(20)

= 3081463,144kg F16Abu = 0,962x F14Abu = 0,962x 983,296 = 945,473 kg F16MgO = 0,999 x F14MgO = 0,999 x 4,054 = 4,053 kg

Tabel LA.13 Neraca Massa pada Cyclone (H-202)

Komponen Masuk (kg) Keluar (kg)

aliran 14 aliran 15 aliran 16

H2O 13215,070 13215,070 N2 169315,174 169315,174 O2 5500,273 5500,273 CO2 55494,268 55494,268 SO2 203,922 203,922 Olivine 3081771,321 308,177 3081463,144 MgO 4,054 0,000 4,054 Abu 983,296 37,823 945,473 Char 0,000 0,000 0,000 Subtotal aliran 3326487,378 244074,707 3082412,670 Total aliran 3326487,378 3326487,378

(21)

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

Fungsi : Titik pencampuran aliran make up olivine + MgO

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

= 983,296kg/jam

Potasium dalam char = 0,2 % x 983,296kg/jam = 1,967 kg/jam

BM Potasium = 39,102 g/mol

Aliran molar potasium = 1,967 / 39,102 = 0,050kmol/jam BM MgO = 40,302 g/mol

F10MgO = 2 x aliran molar potasium = 0,101 kmol/jam

= 4,054 kg/jam

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

untuk menutupi olivine yang terbuang dari cyclone.

Olivine MgO Olivine MgO (F9) (F10 ) (F11)

(22)

F9olivine = 0,0011 x olivine yg di recycle = 0,0011 x 3078692,628 kg/jam = 3386,562 kg/jam

Neraca Massa pada MP-01

Komponen Masuk (kg) Keluar (kg/)

Aliran 9 Aliran 10 Aliran 11

Olivine 3386,562 - 3386,562

MgO - 4,054 4,054

Subtotal aliran 3386,562 4,054 3390,616

Total 3390,616 3390,616

A.8. Reformer (R-203)

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

catalyst olivine Catalyst purge to offsite (F17) (F18) (F7) (F19) H2 CO2 CO H2O CH4 C2H4 C2H6 Olivine Char H2 CO2 CO H2O CH4 C2H4 C2H6 Olivine Char Reaksi : 

(23)

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 Out : N18CO N18H2O (1) N18 CO2(1) N18H2 (1) = − × = 4 4 4 18 CH CH CH X N r σ 0,20 × N 7 CO CO + H2O  CO2 + H2 In : 1854,397 3385,776 Reaksi : 871,567 871,567 871,567 871,567 Out : 982,831 2514,209 871,567 871,567

(24)

CO input = 51941,670 kg = 51941,670kg / 28.01 kg/kmol = 1854,397kmol CO bereaksi = 0.47 x 1854,397kmol = 871,567 kmol = 871,567kmol x 28.01 kg/kmol = 24412,585 kg CO sisa = 51941,670 kg - 24412,585kg = 27529,085 kg H2O mula-mula = 61011,681 kg = 61011,681kg /18.02 kg/kmol = 3385,776kmol H2O bereaksi = 871,567 kmol = 871,567 kmol x 18.02 kg/kmol = 15705,633 kg H2O sisa = 61011,681 kg - 15705,633 kg = 45306,048 kg

(25)

CO2 terbentuk = 871,567 kmol = 871,567 kmol x 44.01 kg/kmol = 38357,653 kg H2 terbentuk = 871,567 kmol = 871,567 kmol x 2.02 kg/kmol = 1760,565 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 σ 0,20 × N 7 CH4 CH4 + H2O  CO + 3 H2 In : 628,813 2514,209 Reaksi : 125,763 125,763 125,763 377,288 Out : 503,050 2388,447 125,763 377,288

(26)

CH4 input = 10086,159kg = 10086,159kg / 16,04 kg/kmol = 628,813kmol CH4 bereaksi = 0,2 x 628,813kmol = 125,763 kmol = 125,763 kmol x 16,04 kg/kmol = 2017,232 kg CH4 sisa = 10086,159kg - 2017,232 kg = 8068,928 kg

H2O mula-mula = H2O sisa Reaksi 1 = 45306,048kg

= 45306,048 kg / 18,02 kg/kmol = 2514,209 kmol H2O bereaksi = 125,763kmol = 125,763 kmol x 18,02 kg/kmol = 2266,242 kg H2O sisa = 45306,048kg – 2266,242 kg = 43039,806kg CO terbentuk = 125,763 kmol = 125,763 kmol x 28,02 kg/kmol = 3522,61 kg H2 terbentuk = 377,288 kmol = 377,288 kmol x 2,02 kg/kmol

(27)

= 762,121 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 σ 0,50 × N 7 C2H6 C2H6 + 2 H2O  2 CO + 5 H2 In : 29,638 2514,209 Reaksi : 26,674 53,549 53,549 133,372 Out : 2,964 2460,860 53,349 133,372 C2H6 input = 891,224 kg = 891,224 kg / 30,07 kg/kmol = 29,638 kmol C2H6 bereaksi = 0,90 x 29,638 kmol = 26,647 kmol

(28)

H2O sisa = 45306,048 kg – 961,348 kg = 44344,70 kg CO terbentuk = 53,349 kmol = 53,349 kmol x 28,01 kg/kmol = 1494,305 kg H2 terbentuk = 133,372 kmol = 133,372 kmol x 2.02 kg/kmol = 269,412 kg = 26,647 kmol x 30,07 kg/kmol = 802,102 kg C2H6 sisa = 891,224 kg - 802,102kg = 89,122kg

H2O mula-mula = H2O sisa Reaksi 1 = 45306,048 kg

= 45306,048 kg / 18,02 kg/kmol = 2514,209 kmol

H2O bereaksi = 53,349 kmol

= 53,349 kmol x 18,02 kg/kmol = 961,348 kg

(29)

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 σ 0,50 × N 7 C2H4 C2H4 + 2 H2O  2 CO + 4 H2 In : 208,269 2514,209 Reaksi : 104,135 208,269 208,269 416,539 Out : 104,135 2305,940 208,269 416,539 C2H4 input = 5841,953 kg = 5841,953 kg / 28,05 kg/kmol = 208,269 kmol C2H4 bereaksi = 0,5 x 208,269kmol = 104,135 kmol = 104,135 kmol x 28,05 kg/kmol = 2920,976 kg C2H4 sisa = 5841,953 kg - 2920,976 kg

(30)

= 2920,976 kg

H2O mula-mula = H2O sisa Reaksi 1 = 45306,048 kg kg / 18,02 kg/kmol

= 2514,209 kmol H2O bereaksi = 208,269 kmol = 208,269 kmol x 18.02 kg/kmol = 3753,012 kg H2O sisa = 45306,048 kg – 3753,012 kg = 41553,036 kg CO terbentuk = 208,269 kmol = 208,269 kmol x 28,01 kg/kmol = 5833,622 kg H2 terbentuk = 416,539 kmol = 416,539 kmol x 2,02 kg/kmol = 841,408 kg

F18H2 = H2 terbentuk total + H2 mula-mula dari R-201

= 5316,32 kg

F18H2O = H2O sisa dari reaksi 1 - total H2O bereaksi

= 38325,45 kg

F18CO = CO sisa dari reaksi 1 + CO terbentuk total = 38379,622 kg

F18CO2 = CO2 terbentuk dari reaksi 1 + CO2 mula-mula

(31)

F18CH4 = CH4 sisa reaksi 2 = 8068,928 kg

F18C2H6 = C2H6 sisa reaksi 3 = 89,122 kg

F18C2H4 = C2H4sisa reaksi 4 = 2920,976 kg

Tabel LA.14 Neraca Massa pada Reformer (R-203)

Komponen

Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Alur 7 Alur 17 Alur 18 Alur 19

H2 1682,816 5316,32 H2O 61011,681 38325,45 CO 51941,670 38379,622 CO2 19565,735 57923,39 CH4 10086,159 8068,928 C2H6 891,224 89,122 C2H4 5841,953 2920,976 Olivine 307,869 7735,442 307,869 7735,442 Char 2,446 2,446 Total 151331,553 7735,442 151331,553 7735,442 159066,995 159066,995

(32)

A.9. Scrubber (D-301)

Fungsi :

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

Air proses 30 C (N22) H2 CO2 CO H2O CH4 C2H4 C2H6 Olivine Char (N21) (N25) (N26) Air pendingin 30 C Air pendingin 60 C (N23) H2 CO2 CO H2O CH4 C2H4 C2H6 Olivine Char Olivine char (N24)

Menurut Technical Report NREL/TP, untuk mendinginkan gas sintesa dari gasifier tipe BCL sampai temperaturnya mencapai 60 0C, diperlukan air sebagai pendingin pada suhu 300C sesuai dengan hubungan sebagai berikut :

kmol air yang dibutuhkan = (1,5 x kmol aliran gas) – 1083 kmol

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

Komponen kg/jam kmol/jam

H2 5316,322 2631,842

H2O 38325,446 2129,191

(33)

CO2 57923,388 1316,142 CH4 8068,928 503,050 C2H6 89,122 2,964 C2H4 2920,976 104,135 Olivine (solid) 307,869 3,448 Char 2,446 0,014 Totlal 151334,119 8060,997

Maka, air yang diperlukan = (1,5 x 8060,997kmol) – 1083 kmol = 11008,4954kmol

= 198373,084kg

Untuk menghitung neraca massa pada Scrubber, Scrubber dimodelkan sebagai berikut : Neraca bahan dihitung dengan menggunakan kesetimbangan uap cair (Vapor

Liquid Equilibrium, VLE). Algoritma perhitungannya adalah sebagai berikut :

1. Menghitung tekanan uap masing-masing komponen pada kondisi keluar Mixer. Ln Pv = A - C K T B + ) ( ( dimana :

Pv = Tekanan uap, Kpa

A, B, C = Konstanta Antoine untuk masing-masing komponen T = Temperatur absolute, K

2. Trial fraksi uap aliran keluar Mixer sampai komposisi uapnya ~ 1.

i = 1,…C (Pers. 13-12, Perry’s CEH) dimana :

(34)

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 Tekanan Uap Aliran Keluar Scrubber

Komponen kmol zi A B C ln Pv H2 2631,842 0,138013 9,183 -107,900 0,164 76,619 H2O 13137,687 0,688937 65,930 -7227,00 -7,177 2,993 CO 1370,211 0,071854 41,650 -1109,00 -5,455 16,220 CO2 1316,142 0,069018 136,600 -4735,00 -21,270 12,466 CH4 503,050 0,026380 31,350 -1307,00 -3,261 11,749 C2H6 2,964 0,000155 44,000 -2569,00 -4,976 9,009 C2H4 104,135 0,005461 48,110 -2474,00 -5,736 9,514 Olivine 3,448 0,000181 1,000 0,000 0,000 1,000 Char 0,014 0,00000071 1,000 0,000 0,000 1,000 Total 19069,492

Temperatur 60 oC (333,15 K) dan tekanan 103,430 kPa,diperoleh V/F = 0,392 Tabel LA .17 Fraksi Mol Uap dan Liquid Aliran Keluar Scrubber

Komponen Pv (kPa) Ki yi xi

(35)

H2O 19,945 0,193 0,192794 0,999686 CO 11072775,55 107066,095 0,186880 0,000002 CO2 259367,175 2507,902 0,179091 0,000071 CH4 126626,869 1224,394 0,068282 0,000056 C2H6 8176,341 79,060 0,000376 0,000005 C2H4 13548,078 131,001 0,013587 0,000104 Olivine (solid) 2,718 0,026 0,000000 0,000000 Char 2,718 0,026 0,000000 0,000000 Total 1,000000 1,000000

Tabel LA .18 Komposisi Mol Uap dan Liquid Aliran Keluar Scrubber

Komponen Top (kmoljam) Top (kg/jam) Bottom (kmol/jam) Bottom (kg)

H2 2631,84246 5316,322 0,00000 0,000 H2O 1445,02578 26039,365 11692,66089 210701,749 CO 1370,19156 38379,066 0,01986 0,556 CO2 1315,32770 57887,572 0,81381 35,816 CH4 502,41364 8058,715 0,63671 10,213 C2H6 2,90678 87,407 0,05705 1,716 C2H4 102,91561 2886,783 1,21901 34,193 Olivine (solid) 0,00000 0,000 0,00000 0,000 Char 0,00000 0,000 0,00000 0,000 Total 7473,33394 138655,229 31833,715 573916,498

(36)

Alur 26 adalah aliran sludge (char + olivine) yang terserap oleh air (dikirim ke pengolahan limbah). Asumsi sludge mengandung 50 % berat air (Sumber : Technical

Report NREL/TP-510-37408 May 2005)

Tabel L.A 13 Komposisi Aliran 25

Komponen kg/jam

H2O 310,315

Olivine (solid) 307,869

Char 2,446

Total 620,630

Tabel LA 19 Neraca Massa pada Scrubber

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

Alur 20 Alur 21 Alur 22 Alur 24 Alur 25

H2 5316,322 5316,322 H2O 38325,446 198373,084 26039,365 210475,104 310,315 CO 38379,622 38379,066 0,556 CO2 57923,388 57887,572 35,816 CH4 8068,928 8058,715 10,213 C2H6 89,122 87,407 1,716 C2H4 2920,976 2886,783 34,193 Olivine 307,869 307,869

(37)

Subtotal 151334,119 198373,084 138655,229 210557,598 620,630

Total 349707,203 349707,203

A.10. Knock Out Drum

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

H2 CO2 CO H2O CH4 C2H4 C2H6 H2 CO2 CO H2O CH4 C2H4 C2H6 H2 CO2 CO H2O CH4 C2H4 C2H6 (F27) (F28) (F29)

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 CEH)

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 CEH) dimana : Ki = konstanta kesetimbangan uap-cair komponen i

(38)

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 = 0,813

Tabel LA.20 Komponen Uap dan Cairan aliran keluar knock out drum Komponen kmol zi Pv (T =316,15) Ki ( Pv/Pt) yi xi H2 2631,842 0,357 1,938E+33 7,743E+29 0,439 4x10-28 H2O 1445,026 0,196 19,832 0,008 0,008 1,013 CO 1370,192 0,186 11072775,550 4423,802 0,229 0,000 CO2 1315,328 0,178 259367,175 103,623 0,219 0,002 CH4 502,414 0,068 126626,869 50,590 0,083 0,002 C2H6 2,907 0,000 8176,341 3,267 0,000 0,000 C2H4 102,916 0,014 13548,078 5,413 0,016 0,003 Subtotal 7370,624 1,0000 1,00000 1,00000

Tabel LA.21 Neraca Massa pada Knock Out Drum Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)

Alur 26 Alur 27 Alur 28

H2 5316,322 5316,322 0,000

(39)

CO 38379,066 38374,383 4,683 CO2 57887,572 57703,225 184,348 CH4 8058,715 8005,329 53,385 C2H6 87,407 79,581 7,826 C2H4 2886,783 2725,503 161,280 Subtotal 138655,229 112587,923 26067,306 Total 138655,229 138655,229

A.11. Pressure Swing Adsorption (PSA)

Fungsi : memurnikan produk gas H2.

PRESSURE SWING ABSORPTION UNIT

D-401A D-401C D-401B D-401D H2 CO2 CO H2O CH4 C2H4 C2H6 (F29) H2 H2 CO2 CO H2O CH4 C2H4 C2H6 (F30) (F31)

Adsorben yang digunakan dalam PSA adalah campuran zeolite dengan karbon aktif

Kinerja PSA:

Mengadsorbsi 100 % gas CO2, CO, N2, NH3, CH4, dan H2O Purging 5 % gas H2

(40)

H231 = 5/100 x 5316,322

= 265,816 H230 = H26- H28

= 5316,322 – 265,816 = 5050,506

Tabel LA.22 Neraca Massa pada Pressure Swing Adsorber (D-401) Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)

Alur 27 Alur 29 Alur 30

H2 5316,322 5050,506 265,816 H2O 383,581 383,581 CO 38374,383 38374,383 CO2 57703,225 57703,225 CH4 8005,329 8005,329 C2H6 79,581 79,581 C2H4 2725,503 2725,503 Subtotal 112587,923 5050,506 107537,417 Total 112587,923 112587,923

(41)

LAMPIRAN B

PERHITUNGAN NERACA ENERGI

Basis perhitungan = 1 jam operasi Satuan operasi = kJ

Kapasitas produksi = 40000 ton/tahun Suhu Referensi = 25 oC

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

Komponen a b c d

H2 28,84 7,65E-05 3,29E-06 -8,70E-10

CO2 19,02 7,96E-02 -7,37E-05 3,74E-08

CO 28,95 4,11E-03 3,55E-06 -2,22E-09

H2O 34,05 -9,65E-03 3,29E-05 -2,04E-08

CH4 34,31 5,47E-02 3,66E-06 -1,10E-08

C2H4 40,75 1,15E-01 -6,89E-05 1,77E-08

C2H6 49,37 1,39E-01 -5,82E-05 7,28E-09

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

(42)

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 (Sumber : Perry’s, 2007)

Tabel LB.4 Data Panas Reaksi Pembentukan Komponen Komponen Hf (kJ/mol) H2 0,000 CO2 -393,5 CO -110,52 H2O -241,83 CH4 -74,85 C2H4 52,28 C2H6 -84,67

Persamaan untuk menghitung kapasitas panas (Reklaitis, 1983) :

3 2 dT cT bT a Cp = + + +

(43)

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 ) ( 14 4 2 3 1 3 2 2 1 2 2 1 2 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

Perhitungan neraca panas untuk peralatan yang mengalami perubahan panas:

LB.1 Rotary Dryer (B-101)

Fungsi : Mengeringkan umpan tandan kosong kelapa sawit (TKKS) sampai kandungan airnya 12 % TKKS H2O (N4) (N2) (N3) H2O T = 30 C P = 1 atm T = 105 C_{P = 1 atm} T =105 C P = 1 atm TKKS H2O T =126,66 Steam T =45 C Kondensat

(44)

Panas masuk = Panas Masuk Alur 2

dT Cp N_senyawa

∫

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 30027,8513 1666362,45 0,097 161637,2

TKKS 114336,8184 797099,981 0,006 4782,6

Total 166419,8

Panas masuk = Panas Keluar Alur 4

dT Cp N_senyawa

∫

15 , 303 15 , 298 2

Tabel LB.5 Neraca panas keluar alur 4

TKKS 114336,818 797099,981 0,09 71739

Total 2254705,85

Panas masuk = Panas Keluar Alur 3

dT Cp N_senyawa

∫

15 , 303 15 , 298 2

(45)

Tabel LB.5 Neraca panas keluar alur 3

Komponen F (kg/jam) N (mol/jam) ∫ CpdT Q (kJ/jam) H2O 14436,47 801135,8 2,52 2018862

Qsteam = (2182966,85+ 2018862) – 166419,8kJ/jam

= 4107148,29kJ/jam

Pada temperatur 146oC, dan tekanan 101,325 kPa maka H superheated steam adalah 3381,5 kJ/kg dan pada temperatur 120oC, dan tekanan 101,325 kPa maka H= 3216,5 kJ/kg (Reklaitis,1983)

msteam = 4107148,289: (3381,5 + 3216,5)

= 622,484kg/jam

Tabel LB.10 neraca panas rotary dryer

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

Umpan 4273568

Produk 4273568

(46)

LB.2 Gasifier (R-201)

Fungsi : Mengubah umpan tandan kosong kelapa sawit (TKKS) menjadi gas sintesa (gasifikasi) (N5) (N6) T = 126,666 C P =1,701 atm T = 99,96 C P =1 atm T = 870 C P =1,565 atm T = 928,222 C P =1,5atm (N4) (N16) Air H2 CO2 CO H2O CH4 C2H4 C2H6 Olivine Char olivine Steam TKKS H2O T4 = 99,96 0C

Panas Masuk Alur 4

Q4 = 2254705,85kJ/jam

T16 = 928,222 0C

Panas Masuk Alur 16

Panas masuk = Nolivine

∫

CpdT

372 , 1201 15 , 298 16

Tabel LB.12 neraca panas masuk alur 16

Komponen N (mol) ∫ CpdT Q (kJ/jam)

Olivine 34475841,300 83,561 2880835774,872

(47)

T6 = 870 0C (Sumber : Technical Report NREL/TP-510-37408 May 2005, hal 8)

Panas Keluar Alur 6

Panas keluar = N_senyawa

∫

CpdT

15 , 1143 15 , 298 6

Tabel LB.13 neraca panas keluar alur 6

H2 833077,007 24,95 20785271,315 CO2 444574,749 34,43 15306708,599 CO 1854397,375 26,36 48881914,813 H2O 3385775,867 29,34 99338663,932 CH4 628812,933 47,85 30088698,838 C2H4 208269,252 63,77 13281330,178 C2H6 29638,317 80,64 2390033,849 Olivine 34475841,300 78,17 2694976514,423 Char 132771,834 635,08 84320736,448 Jumah 3009369872,395 dQ/dt = Qout - Qin 0 = 3009369872,395– (2254705,85+ Q5 + 2880835774,872) Q5 = 126279391,674kJ

Setelah Trial & Error diperoleh T5 = 146 0C

(48)

Umpan 3009369872,395

Produk 3009369872,395

Total 3009369872,395 3009369872,395

LB.3 Cyclone (H-201)

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

T = 870 C P =1,7 atm T = 870 C P = 1,7 atm T = 870 C P =1,7 atm H2 CO2 CO H2O CH4 C2H4 C2H6 Olivine Char H2 CO2 CO H2O CH4 C2H4 C2H6 Olivine Char Olivine char (N6) (N7) (N8) T6 = 870 0C

Panas Masuk Alur 6

Q6 = 3009369872,395kJ

T = 870 0C

Panas Keluar Alur 7

∫

CpdT

15 , 1143 15 , 298 7

(49)

Komponen N(mol) ∫ CpdT Q (kJ/jam)

H2 833077,0066 24,95 20785271,32 CO2 444574,7487 34,43 15306708,6 CO 1854397,375 26,36 48881914,81 H2O 3385775,867 29,34 99338663,93 CH4 628812,9329 47,85 30088698,84 C2H4 208269,2517 63,77 13281330,18 C2H6 29638,31658 80,64 2390033,849 Olivine 3447,58413 78,175 269514,8894 Char 13,27718342 635,08 8432,033813 Jumlah 230350568,4 T8 = 870 0C

Panas Keluar Alur 8

Panas keluar = Nsenyawa

∫

CpdT

15 , 1143 15 , 298 8

Komponen N (mol) ∫ CpdT Q (kJ/jam) Olivine 34472393,716 78,175 2,6949E+09

Char 132758,557 635,08 84312304,374

(50)

Tabel LB.17 neraca panas cyclone

Umpan 3009369872,395

Produk 3009369872,395

Total 3009369872,395 3009369872,395

LB.4 Char Combustor (R-202)

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

T = 928,222 C P =1,701 atm T = 30 C P =1 atm T = 79,163 C P =1,5 atm T = 928,222C P =1,5 atm (N8) (N11) (N13) (N14) Olivine char Olivine MgO N2 O2 SO2 CO2 H2O Abu Olivine MgO N2 O2 Panas masuk = Panas Masuk Alur 8

dT Cp N_senyawa

∫

15 , 1143 15 , 298 8

(51)

Komponen N (mol) ∫ CpdT Q (kJ/jam) Olivine 34472393,716 78,175 2694879378,740

Char 132758,557 635,08 84312304,374

Jumlah 2779191683,115

Panas masuk = Panas Masuk Alur 11

dT Cp N_senyawa

∫

15 , 303 15 , 298 11

Panas Alur 11 = Panas Alur 9 + Panas Alur 10

MgO 100,588 0,000177 0,018

Olivine 37923,425 0,462575 17542,429

Jumlah 17542,447

Alur 13 adalah aliran udara pembakar yang berasal dari Blower (G-201). Panas Masuk Alur 13

T13 = 300C

Panas masuk = N_senyawa

∫

CpdT

15 , 303 15 , 298 13

(52)

Komponen N (mol) ∫ CpdT Q (kJ/jam) N2 6035021,982 0,147 887148,231

O2 1604246,350 0,150 240636,952

Jumlah 1127785,184

Panas Reaksi

Panas Keluar Alur 14

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 = 132,761 kmol/jam ∆Hr x r = [(9,5 ∆Hof CO2 + 0,024∆Hof SO2 + 0,09 ∆Hof N2 + 5,53∆Hof H2O + 0,239∆Ho f Abu ) – (∆Hofchar + 10,789 ∆HofO2] x r = -5088,715998 kJ/mol x 132761 mol/jam = --675583024,6 kJ/jam T = 982,222 0C

∫

CpldT

372 , 1255 15 , 298 14

(53)

N2 6035021,982 29,527 178196094,066 O2 1604246,350 38,800 62244758,368 SO2 3186,274 41,816 133237,223 CO2 1261233,360 40,977 51681559,374 H2O 733355,737 33,500 24567417,188 Abu 31729,976 1,244 39472,090 Olivine 34510317,141 88,557 3056130155,084 MgO 100,588 0,034 3,420 Jumlah 3372992696,814

Komonen nireaktan (mol)

ni produk (mol) ∆Hi (kJ) ∆Hi (kJ) Char 132761 -1,193 -1,5838E+05 N2 11948,490 0,000 0,000 O2 1432358,429 0,000 0,00000E+00 SO2 3186,264 -296,900 -946001,782 CO2 1261229,500 -393,500 -4,9629E+08 H2O 734168,330 -241,830 -1,77544E+08 Abu 31729,879 -30,182 -957671,208 Hr,25oC = -6,7589979E+08

(54)

Maka, selisih panas adalah :

∫

− + = 2 1 2 1 T T in T T out r(T) N CpdT N CpdT ΔH dt dQ =-6,7589979E+08+3372992696,814–2779191284,839–1127785,184-17542,447 = 0

Tabel LB.22 neraca panas char combustor

Umpan 2780336612,487

Produk 3372992696,814

r.∆HR 675899792,356

Total 3372992696,814 3372992696,814

LB.5 Cyclone (H-202)

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

T = 928,222 C P =1,5 atm T = 928,222 C P = 1,5 atm T = 928,222 C P =1,5 atm (N14) (N15) (N16) N2 O2 SO2 CO2 H2O Abu Olivine MgO N2 O2 SO2 CO2 H2O Abu Olivine MgO Olivine MgO Abu

(55)

T14 = 982,222 0C

Panas Masuk Alur 14

Q14 = 3372992696,814

T15 = 982,222 0C

∫

CpdT

372 , 1255 15 , 298 15

N2 6035021,982 29,527 178198027,043 O2 1604246,350 38,800 62245023,450 SO2 3186,274 41,810 133218,106 CO2 1261233,360 40,980 51685343,074 H2O 733355,737 33,510 24574750,745 Abu 31730,000 1,240 39345,200 Olivine 423,547 88,560 37509,289 Jumlah 316913216,907 T16 = 982,222 0C

∫

CpdT

372 , 1255 15 , 303 16

(56)

Tabel LB.24 neraca panas keluar alur 16 Komponen N (mol) ∫ CpdT Q(kJ/jam)

Abu 30499,138 1,240 37818,931

Olivine 34506866,110 88,560 3055928062,667

MgO 100,578 0,033 3,319

Jumlah 3055965884,918

Tabel LB.25 neraca panas cyclone

Umpan 3372992696,814

Produk 3372992696,814

Total 3372992696,814 3372992696,814

LB.6 Reformer (R-203)

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

catalyst olivine Catalyst purge to offsite (N17) (N18) (N7) (N19) H2 CO2 CO H2O CH4 C2H4 C2H6 Olivine Char H2 CO2 CO H2O CH4 C2H4 C2H6 Olivine Char T = 30 C P = 1 atm T = 750,556 C P =1,5 atm T = 870 C P =1,565 atm T = 750,556 C P =1,5 atm

(57)

T7 = 870 0C

Panas Masuk Alur 7

Q7 = 230350568,4kJ/jam

T17 = 30 0C

Panas Masuk Alur 17

∫

CpdT

15 , 303 15 , 298 17

Tabel LB.26 neraca panas Masuk alur 17

Komponen N (mol) ∫ CpdT Q (kJ/jam) katalis olivine 86623,087 0,463 40106,489

T18 = 750,556 0C

∫

CpdT

706 , 1048 15 , 298 18

Komponen F (kg/jam) N (mol/jam) ∫ CpdT Q (kJ/jam) Olivine 7735,442 86623,087 67,125 5814574,736

Jumlah 5814574,736

T8 = 750,556 oC =1023,706 K

(58)

∫

CpdT 706 , 1023 15 , 298 8

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

H2 5316,322 2631842,461 21,304 56068771,782 H2O 38325,446 2126828,292 24,941 53045224,439 CO 38379,622 1370211,417 22,385 30672182,569 CO2 57923,388 1316141,515 27,960 36799316,763 CH4 8068,928 503050,346 38,993 19615442,153 C2H6 89,122 2963,832 65,560 194308,804 C2H4 2920,976 104134,626 52,207 5436556,411 Olivine 307,869 3447,584 67,125 231419,085 Char 2,446 13,277 545,306 7240,285 Jumah 202070462,290 Panas Reaksi : Reaksi 1 : CO + H2O  CO2 + H2 r1 = 871,567kmol/jam ∆Hr x r1 = [(∆Hof CO2 + ∆Hof H2) – (∆HofCH4 + ∆HofH2O] x r = -41,150 kJ/mol x 871566,766 mol/jam

(59)

Reaksi 2 : CH4 + H2O  CO + 3H2 r1 = 125,763kmol/jam ∆Hr x r1 = [(∆Hof CO + 3∆Hof H2) – (∆HofCH4 + ∆HofH2O] x r = 206160 kJ/kmol x 125,763kmol/jam = 25927215kJ/jam Reaksi 3 : C2H6 + 2H2O  2CO + 5H2 r1 = 26,674 kmol/jam ∆Hr x r1 = [(2∆Hof CO + 5∆Hof H2) – (∆HofC2H6 + 2∆HofH2O] x r = 347290 kJ/kmol x 26,674 kmol/jam = 9263782 kJ/jam Reaksi 4 : C2H4 + 2H2O  2CO + 4H2 r4 = 104,135kmol/jam ∆Hr x r4 = [(2∆Hof CO + 4∆Hof H2) – (∆HofC2H4 + 2∆HofH2O] x r = 210340 kJ/kmol x 104,135kmol/jam = 21903677 kJ/jam ∆Hrtotal .r = (∆Hr1.r1 + ∆Hr2.r2 + ∆Hr3.r3 + ∆Hr4.r4 ) = 21229701,477kJ/mol

∫

− + ∆ − = 2 1 2 1 T T in T T out r(T) N CpdT N CpdT H r dt dQ

(60)

= -21229701,477+ 202070462,290+ 5814574,736- 230350568,4- 40106,489 = 0 kJ/jam

Tabel LB.29 neraca panas reformer (R-203)

Umpan 2,303907E+08

Produk 2,0789E+08

Panas reaksi 2,1230E+07

Total 23039064,9 23039064,900

LB.7 Waste Heat Boiler (E-201)

Fungsi : menurunkan temperatur gas sintesa yang keluar dari reformer (R-202)

E-201

(N18) _(N20)

T19 = 750,556 0C

Panas Masuk Alur 18

Q5 = 202070462,3kJ/jam

T20 = 150 0C

(61)

Panas keluar = N CpdT 15 , 423 15 , 298 20 senyawa

∫

H2 2631842,461 2,35 6184829,783 CO2 2126828,292 2,27 4827900,224 CO 1370211,417 2,46 3370720,086 H2O 1316141,515 2,511 3304831,344 CH4 503050,346 3,013 1515690,693 C2H4 104134,626 4,89 509218,3203 C2H6 2963,832 5,16 15293,37136 Olivine 3447,584 11,47 39543,78997 Char 13,277 93,565 1242,306644 Jumlah 19769269,92

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

= = Q dt dQ Q20 – Q18 = 19769269,92kJ/jam - 202070462,3kJ/jam = - 182301192,372kJ/jam

TH2O steam keluar = 146 0C (419,15 K)

Jumlah air pendingin yang dibutuhkan :

Fair = K K H H Q 15 , 333 15 , 419 −∆ ∆

(62)

Fair = kg kJ jam kJ / ) 3 , 251 485 , 2762 ( / 372 182301192, − = 72595,694kg/jam

Q air umpan waste heat boiler yaitu : 251,3 kJ/kg x 72595,694kg/jam = 18243297,97kJ/jam

Q steam yang dihasilkan yaitu : 2762,485 kJ/kg x 55013,196 kg/jam = 200544490,3kJ/jam

Tabel LB.32 Neraca Panas pada Waste Heat Boiler (E-201) Komponen Qmasuk (kJ/jam) Qkeluar (kJ/jam)

Umpan 220313760,3

Produk 220313760,3

Total 220313760,3 220313760,3

LB.8 Scrubber (D-301)

Fungsi :

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

(63)

Air proses 30 C (N22) H2 CO2 CO H2O CH4 C2H4 C2H6 Olivine Char (N21) (N25) (N26) Air pendingin 30 C Air pendingin 60 C (N23) H2 CO2 CO H2O CH4 C2H4 C2H6 Olivine Char Olivine char T = 150 C P = 1,15 atm T = 30 C P = 1,15 atm (N24) T = 60 C P = 1,15 atm T = 60 C P = 1,15 atm T21 = 150 0C

Panas Masuk Alur 21

Q21 = 19769269,918kJ/jam

T22 = 30 0C

Panas Masuk Alur 22

∫

CpldT

15 , 333 15 , 298 22

Jumlah 1067824,038

T23 = 60 0C

(64)

∫

CpdT 15 , 333 15 , 298 23

H2 5316,322 2631842,461 1,009 2655529,043 H2O 26039,365 1445025,779 1,186 1713800,574 CO 38379,622 1370211,417 1,016 1392134,800 CO2 57923,388 1316141,515 0,713 938408,900 CH4 8068,928 503050,346 1,234 620764,127 C2H6 89,122 2963,832 1,812 5370,463 C2H4 2920,976 104134,626 1,496 155785,400 Jumlah 7481793,307 T25 = 43,33 0C

∫

CpdT

15 , 333 15 , 298 25

H2 0,000 0,000 0,529 0,000

H2O 210391,434 11675440,302 0,412 4810281,404

(65)

CO2 35,816 813,810 0,362 294,599 CH4 10,213 636,707 0,638 406,219 C2H6 1,716 57,050 0,928 52,943 C2H4 34,193 1219,012 0,766 933,763 Jumlah 4811979,473 T26 = 60 0C

∫

CpdT

15 , 333 15 , 298 26

H2O 310,315 17220,588 0,91 15670,735

Olivine 307,869 3447,581 3,24 11170,163

Char 2,446 13,279 26,31 349,379

Jumlah 27190,278

T26 = 60 0C

∫

CpdT

15 , 333 15 , 298 26

(66)

Komponen F(kg/jam) N (mol/jam) CpdT Q (kJ/jam) H2 0,000 0,000 1,009 0,000 H2O 210391,434 11675440,302 1,175 13718642,355 CO 0,556 19,858 1,016 20,175 CO2 35,816 813,810 0,713 580,247 CH4 10,213 636,707 1,234 785,697 C2H6 1,716 57,050 1,812 103,375 C2H4 34,193 1219,012 1,496 1823,641 Olivine 0,000 0,000 3,238 0,000 Char 0,000 0,000 26,305 0,000 Jumlah 13721955,490

Tabel LB.40 neraca panas scrubber

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

Umpan 22822373,429

Produk 22822373,429

Total 25649073,429 25649073,429

LB.9 Cooler (E-301)

(67)

Air pendingin bekas 60 C Air pendingin 30 C H2 CO2 CO H2O CH4 C2H4 C2H6 H2 CO2 CO H2O CH4 C2H4 C2H6 (N24) (N25) T = 60 C P = 1,15 atm T = 30 C P = 1,15 atm T24 = 60 0C

Panas Masuk Alur 24

∫

CpdT

706 , 1023 15 , 298 24

H2 0,000 0,000 1,009 0,000 H2O 210391,434 11675440,302 1,175 13718642,355 CO 0,556 19,858 1,016 20,175 CO2 35,816 813,810 0,713 580,247 CH4 10,213 636,707 1,234 785,697 C2H6 1,716 57,050 1,812 103,375 C2H4 34,193 3301,679 1,496 1823,641 Jumlah 13721955,490 T25 = 43,33 0C

∫

CpdT

15 , 303 15 , 298 25

(68)

H2 0,000 0,000 0,529 0,000 H2O 210391,434 11675440,302 0,170 4810281,404 CO 0,556 19,858 0,145 10,544 CO2 35,816 813,810 0,096 294,599 CH4 10,213 636,707 0,172 406,219 C2H6 1,716 57,050 0,249 52,943 C2H4 34,193 3301,679 0,205 933,763 Jumlah 4811979,473

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

= -8909976,017kJ

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

∫

,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 7 8909976,01 = 2048,270kmol F = N ×BM =2048,270× 18,05 = 36899,795kg

(69)

Tabel LB.43 neraca panas cooler (E-301)

Umpan 13721955,490

Produk 4811979,473

Panas yang dilepas 8909976,017

Total 13721955,490 13721955,490

LB.10 Cooler (E-302)

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

Air pendingin bekas 60 C Air pendingin 30 C H2 CO2 CO H2O CH4 C2H4 C2H6 H2 CO2 CO H2O CH4 C2H4 C2H6 (N23) (N27) T = 60 C P = 1,15 atm T = 43,33 C P = 24,7 atm T23 = 60 0C

Panas Masuk Alur 23

∫

CpdT

15 , 333 15 , 298 23

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

H2 5316,322 2631842,461 1,009 2655529,043

(70)

CO 38379,622 1370211,417 1,016 1392134,800 CO2 57923,388 1316141,515 0,713 938408,900 CH4 8068,928 503050,346 1,234 620764,127 C2H6 89,122 2963,832 1,812 5370,463 C2H4 2920,976 104134,626 1,496 155785,400 Jumlah 7481793,307 T27 = 43,33 0C

Panas keluar = Nsenyawwa

∫

CpdT

48 , 316 15 , 298 27

Komponen F (kg/jam) N (mol/jam) CpdT Q (kJ/jam) H2 5316,322 2631842,461 0,529 1392244,662 H2O 26039,365 1445025,779 0,623 900251,060 CO 38379,622 1370211,417 0,531 727582,262 CO2 57923,388 1316141,515 0,362 476443,228 CH4 8068,928 503050,346 0,638 320946,121 C2H6 89,122 2963,832 0,928 2750,436 C2H4 2920,976 104134,626 0,766 79767,123 Jumlah 3899984,893

(71)

dQ/dt = Qout – Qin

= -3581808,414kJ

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

∫

,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 4 3581808,41 = 1048,846kmol

Fair = NAir×BMAir =1048,846 × 18,05 = 18931,667kg

Tabel LB.46 neraca panas cooler (E-302)

Umpan 7481793,307

Produk 3899984,893

Panas yang dilepas 3581808,414

Total 7481793,307 7481793,307

LB.11 Knock Out Drum (D-302)

(72)

H2 CO2 CO H2O CH4 C2H4 C2H6 H2 CO2 CO H2O CH4 C2H4 C2H6 H2 CO2 CO H2O CH4 C2H4 C2H6 (N27) (N28) (N29) T = 43,33 C P = 24,7 atm T = 43,33 C P = 24,7 atm T = 43,33 C P = 24,7 atm T27 = 43,33 0C

Panas Masuk Alur 27

Q27 = 4324747,859kJ/jam

T28 = 43,33 0C

Panas keluar = N_senyawwa

∫

CpdT

48 , 316 15 , 298 27

H2 5316,322 2631842,461 0,529 1392244,662

H2O 383,581 21286,381 0,623 13261,415

(73)

CO2 57703,225 1311138,935 0,362 474632,294 CH4 8005,329 499085,379 0,638 318416,472 C2H6 79,581 2646,512 0,928 2455,963 C2H4 2725,503 97165,891 0,766 74429,072 Jumlah 3002922,818 T29 = 43,33 0C

'Panas Keluar Alur 29

∫

CpdT

48 , 316 15 , 298 29

H2 0,000 0,000 0,529 0,000 H2O 25655,784 1423739,398 0,623 886989,645 CO 4,683 167,192 0,531 88,779 CO2 184,348 4188,770 0,362 1516,335 CH4 53,385 3328,260 0,638 2123,430 C2H6 7,826 260,269 0,928 241,530 C2H4 161,280 5749,724 0,766 4404,288 Jumlah 895364,007

(74)

Tabel LB.49 neraca panas knock out drum

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

Umpan 3899984,893

Produk 3899984,893

Total 3899984,893 3899984,893

LB.12 Pressure Swing Adsorption Unit (D-401)

Fungsi : Untuk memurnikan produk hidrogen

PRESSURE SWING ABSORPTION UNIT

D-401A D-401C D-401B D-401D H2 CO2 CO H2O CH4 C2H4 C2H6 T = 43,33 C P = 24,7 atm (N29) H2 H2 CO2 CO H2O CH4 C2H4 C2H6 T = 43,33 C P = 24,7 atm T = 43,33 C P = 24,7 atm (N30) (N31) T28 = 43,33 0C

Panas Masuk Alur 29

Q28 = 2826711,645 kJ/jam

T = 43,33 0C

∫

CpdT

48 , 316 30

(75)

Tabel LB.50 neraca panas keluar alur 30 Komponen N (mol/jam) ∫ CpdT Q (kJ/jam) H2 2500250,338 0,529 1322632,429

Jumlah 1322632,429

T31 = 43,33 0C

∫

CpdT

48 , 316 15 , 298 31

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

H2 131592,123 0,529 69612,233 H2O 21286,381 0,623 13261,415 CO 1370024,367 0,531 727482,939 CO2 1311138,935 0,362 474632,294 CH4 499085,379 0,638 318416,472 C2H6 2646,512 0,928 2455,963 C2H4 97165,891 0,766 74429,072 Jumlah 1680290,389

(76)

Tabel LB.52 neraca panas pressure swing adsorber (D-401) Komponen Qmasuk (kJ/jam) Qkeluar (kJ/jam)

Umpan 3002922,818

Produk 3002922,818

(77)

LAMPIRAN C

PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN

5.28 Gudang Penyimpanan Tandan Kosong Kelapa Sawit (F-101)

Fungsi : Tempat penampungan Tandan Kosong Kelapa Sawit Bahan konstruksi : Dinding bata beton dengan atap seng dan tiang beton Bentuk : Persegi panjang

Jumlah : 2 unit

Temperatur : T = 30°C (303,15 K) Kondisi penyimpanan

Tekanan operasi : P = 1 atm (101,325 kPa) Kebutuhan perancangan : t = 5 hari

Laju alir massa : F = 72182,33kg/jam Densitas TKKS : ρw = 1300 kg/m3

Laju alir Volume TKKS : Q = 55,52487m3/jam = 6662,985m3/5 hari

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

= 2t × 2t × t = 4 t3

= 6662,985m3

(78)

V = 7995,58m3 Tinggi gudang (t) = 3 4 V = 3 4 7995,58 = 12,56502m

Panjang gudang (p) = lebar gudang (l) = 2 × 12,56502m = 25,13m

5.29 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

Tekanan operasi : P = 1 atm (101,325 kPa) Kebutuhan perancangan : t = 1 bulan

Laju alir massa : F = 3386,56kg/jam = 2438325 kg/bln Densitas Olivine : ρ = 3320 kg/m3 Volume Olivine = kg/m3 3320 kg 2438325 = 734,435m3

(79)

Volume gudang = 1,2 × 734,435m3

= 881,322m3

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 4 881,322 = 6,02898m

Panjang gudang (p) = lebar gudang (l) = 2 × 6,02898m = 12,058m

5.30 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

Tekanan operasi : P = 1 atm (101,325 kPa) Kebutuhan perancangan : t = 6 bulan

(80)

Densitas MgO : ρ = 3580 kg/m3 Volume MgO = kg/m3 3580 kg 16345,3 = 4,5657m3 Faktor kelonggaran = 20% Volume gudang = 1,2 × 4,5657m3 = 5,4789m3

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 5,4789 = 1,115m

Panjang gudang (p) = lebar gudang (l) = 2 × 1,115m = 2,23 m

5.31 Grinder (C-101)

Fungsi : Mereduksi ukuran tandan kosong kelapa sawit (TKKS). Tipe : Roll ball mill

Bahan konstruksi : Carbon steel Jumlah : 2 unit

(81)

Data perhitungan

Temperatur T = 30°C (303,15 K)

Tekanan operasi P = 1 atm (101,325 kPa)

Umpan padatan tandan kosong kelapa sawit 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 padatanTKKS adalah 13,81 P = 72,18233× 10 × 13,81 × (1/ 12500 – 1/ 50000 )

(82)

P = 2,229kW × (1 hp / 0,74570 kW) P = 2,989 hp

Digunakan daya motor standar 3 hp

5.32 Bucket Elevator (J-101)

Fungsi : Alat mengangkut umpan TKKS menuju Grinder Bahan konstruksi : Carbon steel

Bentuk : Spaced-Bucket Centrifugal-Discharge Elevator Jumlah : 2 unit

Kondisi operasi :

- Temperatur (T) : 30 0C

- Tekanan (P) : 1 atm (14,699 psi) Laju bahan yang diangkut = 72182 kg/jam

Faktor kelonggaran, fk = 20 % (Tabel 28-8, Perry, 1999) Kapasitas = 1,2 × 72182 kg/jam = 86618,8kg/jam

Untuk bucket elevator kapasitas < 84 ton/jam (Tabel 21-8, Perry, 1999) Spesifikasi :

- Tinggi elevator = 50 ft = 15,24 m - Ukuran bucket = (12 × 7 × 7¼) ft - Jarak bucket = 18 in = 0,457 m

(83)

- Lebar belt = 13 in = 0,3302 m =33,02 cm Perhitungan daya yang dibutuhkan (P):

ΔZ m 0,07

P= 0,63 (Timmerhaus, et al., 2004) Dimana: P = daya (kW)

m = laju alir massa (kg/s) ∆Z = tinggi elevator (m) m = 86618,80 kg/jam = 24,060778kg/s ∆Z = 50 ft = 15,24 m Maka : P = 0,07 × (24,060778)0,63 × 15.24 = 7,912398kW × kW hp 1 341 , 1 = 10,611hp

Digunakan daya motor standar 11 hp

5.33 Screw Conveyor 1 (J-104)

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

Bentuk : Horizontal scew conveyor Jumlah : 2 unit

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

Jarak angkut L = 10 m