Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bio Oil Dengan Bahan Baku Tandan Kosong Kelapa Sawit Melalui Proses Pirolisis Cepat Dengan Kapasitas Produksi 12.000 Ton Tahun

(1)

LAMPIRAN A

PERHITUNGAN NERACA MASSA

Hasil perhitungan neraca massa pra rancangan pabrik pembuatan Bio-oil

dengan bahan baku tandan kosong kelapa sawit (TKKS) melalui proses pirolisis

cepat adalah sebagai berikut.

Kapasitas produksi : 12.000 ton/tahun

Basis perhitungan : 1 jam operasi

Waktu kerja per tahun : 330 hari

Satu hari operasi : 24 jam

Satuan operasi : kg/jam

Kapasitas per jam = 12.000 ton tahun x

1 tahun 330 hari x

1 hari 24 jam x

1.000 kg 1 ton

= 1.515,1515 kg/jam

Reaksi pada reaktor Fluidized Bed

Reaksi umum :

C100H120O40 500oC 6,203 C3H8O + 66,976 C + 6,404 CO2 + 3,852 CO + 9,734

H2 + 4,159 CH4 + 17,136 H2O

Massa bahan baku TKKS yang dibutuhkan adalah :

(2)

A.1 Unit Persiapan TKKS

Gambar LA.1 Diagram Alir Unit Persiapan Tandan Kosong Kelapa Sawit

Persamaan neraca massa pada unit persiapan bahan baku adalah :

F1 + F5 = F4

Dari unit persiapan bahan baku TKKS ini diasumsikan efisiensi dari semua alat yang

digunakan adalah 80%. Dari perhitungan alur mundur diperoleh laju alir massa pada

alur 4 (F4) adalah 7.974,4817 kg/jam.

F1 = 80% x F4

F1 = 80% x 7.974,4817 kg/jam = 6.379,5853 kg/jam

Alur 2 dan alur 3 tidak mengalami perubahan massa.

Alur 5 adalah bahan baku TKKS yang direcycle

F5 = 20% x F4

F5 = 20% x 7.974,4817 kg/jam = 1.594,8963 kg/jam

3 2 1

(3)

Tabel LA.1 Neraca massa pada unit persiapan bahan baku TKKS

Komponen

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

Alur 1 Alur 5 Alur 4

Tandan Kosong Kelapa Sawit 6.379,5853 1.594,8963 7.974,4817

Total 7.974,4817 7.974,4817

A.2 Reaktor Fluidized Bed (R-201)

9

8 PC

TC

R-201

7 Flue Gas

21

18 19

20 Udara

Gas alam

Uncondensable Gas B-101 Nitrogen

TKKS

Gas Pirolisis

Gambar LA.2 Diagram Alir Reaktor Fluidized Bed

Laju alir alur 7 (F7) = Laju alir alur 4 (F4)

Persamaan neraca massa pada reaktor fluidized bed adalah :

F9 = F4 + F8

Reaksi umum :

C100H120O40 500oC 6,203 C3H8O + 66,976 C + 6,404 CO2 + 3,852 CO + 9,734

(4)

F4 = 7.974,4817 kg/jam

N4 Lignoselulosa = F4 / BM Lignoselulosa

N4 Lignoselulosa = (7.974,4817 kg/jam) / (1.962,2 kg/kmol)

N4 Lignoselulosa = 4,0641 kmol/jam

Gas yang digunakan pada reaktor fluidized bed adalah gas nitrogen (N2). Kebutuhan

gas sebagai pendorong partikel-partikel yang terdapat pada reaktor fluidized bed

adalah 10% dari massa lignoselulosa yang masuk.

F8 N2 = 10% x F4 = 10% x 7.974,4817 kg/jam

F8 = 797,4482 kg/jam

Dalam reaksi produk bio oil tidak dihasilkan limbah atau zero waste. Seratus persen bahan baku lignoselulosa yang masuk dikonversi menjadi bio oil, arang dan gas yang

tidak terkondensasi. Gas yang tidak terkondensasi dapat digunakan lagi ke dalam

proses sebagai sumber energi.

Maka perhitungan nya :

Mol Bio Oil = 6,203

1 x 4,0641 kmol/jam = 25,2093 kmol/jam

F9 Bio Oil = Mol Bio Oil x BM Bio Oil

F9 Bio Oil = 25,2093 kmol/jam x 60,11 kg/kmol

F9 Bio Oil = 1.515,3317 kg/jam

Mol Arang = 66,976

F9 Arang = Mol Arang x BM Arang

F9 Arang = 272,1939 kmol/jam x 12,01 kg/kmol

F9 Arang = 3.269,0488 kg/jam

Mol Air = 17,136

F9 Air = Mol Air x BM Air

F9 Air = 69,6416 kmol/jam x 18,02 kg/kmol

(5)

Mol CH4 = 4,159

F9 CH4 = Mol CH4 x BM CH4

F9 CH4 = 16,9024 kmol/jam x 16,05 kg/kmol

F9 CH4 = 271,2834 kg/jam

Mol CO = 3,852

F9 CO = Mol CO x BM CO

F9 CO = 15,6547 kmol/jam x 28,01 kg/kmol

F9 CO = 438,4889 kg/jam

Mol CO2= 6,404

F9 CO2 = Mol CO2 x BM CO2

F9 CO2 = 26,0262 kmol/jam x 44,01 kg/kmol

F9 CO2 = 1.145,4124 kg/jam

Mol H2= 9,374

F9 H2 = Mol H2 x BM H2

F9 H2 = 39,5595 kmol/jam x 2,02 kg/kmol

(6)

Tabel LA.2 Neraca massa pada reaktor fluidized bed (R-201)

Komponen

Massa Masuk Massa Keluar

Alur 7 Alur 8 Alur 9

F (kg/jam) N

(kmol/jam) F (kg/jam)

N

(kmol/jam) F (kg/jam)

N (kmol/jam)

TKKS 7.974,4817 4,0641 - - - -

Bio Oil - - - - 1.515,3317 25,2093

Arang - - - - 3.269,0488 272,1939

Air - - - - 1.254,9414 69,6416

CH4 - - - - 271,2834 16,9024

CO - - - - 438,4889 15,6547

CO2 - - - - 1.145,4124 26,0262

H2 - - - - 79,9101 39,5595

N2 - - 797,4482 28,4671 797,4482 28,4671

Sub Total 7.974,4817 4,0641 797,4482 28,4671 8.771,8648 493,6547

Total F 8.771,9298 8.771,8648

A.3 Combuster (B-201)

Combuster berfungsi untuk menyediakan panas yang akan digunakan untuk

memanaskan reaktor fluidized bed. Gas yang tidak terkondensasi dimasukkan pada suhu 95oC, udara dan gas alam dimasukkan pada suhu 30oC. Suhu keluar dari

combuster yang dibutuhkan untuk memanaskan reaktor tersebut adalah sebesar

(7)

9

8 PC

TC

R-201

7 Flue Gas

30

19 28

29 Udara

Gas alam

Uncondensable Gas B-101 Nitrogen

TKKS

Gas Pirolisis

Gambar LA.3 Diagram Alir Combuster

a. Neraca Massa Komponen Alur 19 (Gas yang tidak terkondensasi)

CO2 = 11,4541 kg/jam = 0,2603 kmol/jam

CO = 438,4889 kg/jam = 15,6547 kmol/jam

H2 = 79,9101 kg/jam = 39,5595 kmol/jam

CH4 = 271,2834 kg/jam = 16,9024 kmol/jam

N2 = 797,4482 kg/jam = 28,4671 kmol/jam

b. Menghitung O2 dan N2 dari reaksi pembakaran alur 19

 Menghitung produk pembakaran gas CH4

CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O

In : 16,9024 0 0

Reaksi : σCH4 × r σO2 × r σCO2 × r σH2O × r

Out : N21CH4 N21O2 N21CO2 N21H2O

(8)

16,9024 1

1 16,9024 –

X × N = r

CH4 CH4 21

CH4   



CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O

In : 16,9024 40,5657 0 0

Reaksi : 16,9024 33,8048 16,9024 33,8048

Out : 0 6,7610 16,9024 33,8048

Komponen udara Fraksi mol

N2 0,79

O2 0,21

N21O2 teoritis = 33,8048 kmol/jam

N19Udara berlebih (excess air) = 20%

N19O2 dalam excess air = 33,8048 × (1 + 0,2) = 40,5657 kmol/jam F19O2 dalam excess air = 1.298,1037 kg/jam

N19N2 dalam excess air = 0,79 / 0,21 × 40,5657 = 152,6045 kmol/jam F19N2 dalam excess air = 4.274,9087 kg/jam

N21CO2 = 16,9024 kmol/jam

F21CO2 = 16,9024 kmol/jam × 44,01 kg/kmol = 743,8743 kg/jam

N21H2O = 33,8048 kmol/jam

F21H2O = 33,8048 kmol/jam × 18,02 kg/kmol = 609,1622 kg/jam

N21N2 = N19N2 = 152,6044 kmol/jam

F21N2 = 152,6044 kmol/jam × 28,013 kg/kmol = 4.274,9087 kg/jam

N21O2 = 6,7610 kmol

(9)

Tabel LA.3 Pembakaran gas yang tidak terkondensasi CH4

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

Alur 18 Alur 19 Alur 21

CH4 271,2834 - -

CO2 - - 743,8743

H2O - - 609,1622

O2 - 1.298,1037 216,3506

N2 - 4.274,9087 4.274,9087

Sub total 271,2834 5.573,0124 5.844,2958

Total 5.844,2958 5.844,2958

 Menghitung produk pembakaran gas CO

CO + 0,5O2 CO2

In : 15,6547 0

Reaksi : σCO × r σO2 × r σCO2 × r

Out : N21CO N21O2 N21CO2

COyang terbakar = 100%

15,6547 1

1 15,6547 –

X × N = r

CO CO 21

CO   



CO + 0,5O2 CO2

In : 15,6547 9,3928 0

Reaksi : 15,6547 7,8274 15,6547

Out : 0 1,5655 15,6547

N2 0,79

O2 0,21

N19O2 dalam excess air = 7,8274 × (1 + 0,2) = 9,3928 kmol/jam F19O2 dalam excess air = 300,5708 kg/jam

(10)

F19N2 dalam excess air = 989,8381 kg/jam

N21N2 = N19N2 = 35,3350 kmol/jam

F21N2 = 35,3350 kmol/jam × 28,013 kg/kmol = 989,8381 kg/jam

N21O2 = 1,5655 kmol/jam

F21O2 = 1,5655 kmol/jam × 32 kg/kmol = 50,0951 kg/jam

Tabel LA.4 Pembakaran gas yang tidak terkondesasi CO

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

Alur 18 Alur 19 Alur 21

CO 438,4889 - -

CO2 - - 688,9645

O2 - 300,5708 50,0951

N2 - 989,8381 989,8381

Sub total 438,4889 1.290,4088 1.728,8977

Total 1.728,8977 1.728,8977

 Menghitung produk pembakaran gas H2

2H2 + O2 2H2O

In : 39,5595 0

Reaksi : σCO × r σO2 × r σCO2 × r

Out : N21H2 N21O2 N21H2O

H2yang terbakar = 100%

39,5595 2

1 39,5595 –

X × N = r

2 H2 21

H2   

H



2H2 + O2 2H2O

In : 39,5595 23,7357 0

Reaksi : 39,5595 19,7797 39,5595

(11)

N2 0,79

O2 0,21

F21H2O = 39,5595 kmol/jam × 18,02 kg/kmol = 712,8614 kg/jam

N21N2 = N19N2 = 89,2913 kmol/jam

N21O2 = 3,9559 kmol/jam

F21O2 = 3,9559 kmol/jam l × 32 kg/kmol = 126,5903 kg/jam

Tabel LA.5 Pembakaran gas yang tidak terkondensasi H2

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

Alur 18 Alur 19 Alur 21

H2 79,9101 - -

H2O - - 712,8614

O2 - 759,5415 126,5903

N2 - 2.501,3184 2.501,3184

Sub total 79,9101 3.260,8599 3.340,7700

(12)

Tabel LA. 6 Neraca massa keseluruhan reaksi pembakaran alur 19

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

Alur 19 Alur 28 Alur 30

CH4 271,2834 - -

CO 438,4889 - -

CO2 11,4541 - 1.444,2929

H2 79,9101 - -

H2O - - 1.322,0236

O2 - 4.623,5278 393,0360

N2 797,4482 15.226,1783 8.563,5134 Sub total 1.598,5847 19.849,7061 11.722,8659

Total 11.712,8659 11.722,8659

c. Menghitung O2 dan N2 dari reaksi pembakaran alur 28

Komposisi gas alam yang digunakan adalah :

Tabel LA.7 Komposisi Gas Alam

Komponen Komposisi (% mol)

CH4 75

C2H6 5,5

C3H8 3,4

C5H12 0,8

N2 0,3

CO2 15

Total 100

(Istadi, 2011)

Dari Trial yang dilakukan diperoleh jumlah gas alam yang digunakan untuk

memenuhi kebutuhan panas di reaktor adalah sebesar 29,8053860477 kmol/jam atau

669,2662 kg/jam.

n CH4 = 22,3540 kmol/jam = 358,7823 kg/jam

n C2H6 = 1,6393 kmol/jam = 49,3100 kg/jam

(13)

n CO2 = 4,4078 kmol/jam = 196,7603 kg/jam

 Menghitung produk pembakaran gas CH4

CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O

In : 22,3540 0 0

Reaksi : σCH4 × r σO2 × r σCO2 × r σH2O × r

Out : N21CH4 N21O2 N21CO2 N21H2O

CH4yang terbakar = 100%

22,3540 1

1 22,3540 –

X × N = r

CH4 CH4 21

CH4   



CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O

In : 22,3540 53,6497 0 0

Reaksi : 22,3540 44,7081 22,3540 44,7081

Out : 0 8,9416 22,3540 44,7081

Komponen udara Fraksi mol

N2 0,79

O2 0,21

N19O2 dalam excess air = 44,7081 × (1 + 0,2) = 53,6497 kmol/jam F19O2 dalam excess air = 1.716,7902 kg/jam

(14)

N21N2 = N19N2 = 201,8250 kmol/jam

N21O2 = 8,9416 kmol/jam

Tabel LA.8 Pembakaran gas alam CH4

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

Alur 29 Alur 28 Alur 30

CH4 358,7823 - -

CO2 - - 983,8013

H2O - - 805,6396

O2 - 1.716,7902 286,1317

N2 - 5.653,7249 5.653,7249

Sub total 358,7823 7.370,5152 7.729,2975

Total 7.729,2975 7.729,2975

 Menghitung produk pembakaran gas C2H6

C2H6 + 7/2O2 2CO2 + 3H2O

In : 1,6393 0 0

Reaksi : σC2H6 × r σO2 × r σCO2 × r σH2O × r

Out : N21C2H6 N21O2 N21CO2 N21H2O

C2H6yang terbakar = 100%

1,6393 1

1 1,6393 –

X × N = r

6 2

C2H6 21

C2H6   

H C



C2H6 + 7/2O2 2CO2 + 3H2O

In : 1,6393 6,8850 0 0

Reaksi : 1,6393 5,7375 3,2786 4,1979

(15)

N2 0,79

O2 0,21

N19N2 dalam excess air = 0,79 / 0,21 × 6,8850 = 25,9009 kmol/jam F19N2 dalam excess air = 725,5614 kg/jam

N21N2 = N19N2 = 25,9009 kmol/jam

N21O2 = 1,1475 kmol/jam

Tabel LA.9 Pembakaran gas alam C2H6

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

Alur 29 Alur 28 Alur 30

C2H6 49,3100 - -

CO2 - - 144,2909

H2O - - 88,6204

O2 - 220,3214 36,7202

N2 - 725,5614 725,5614

Sub total 49,3100 945,8828 995,1928

(16)

C3H8 + 5O2 3CO2 + 4H2O

In : 1,0134 0 0

1,0134 1

1 1,0134 –

X × N = r

8 3

C3H8 21

C3H8   

H C



C3H8 + 5O2 3CO2 + 4H2O

In : 1,0134 6,0803 0 0

Reaksi : 1,0134 5,0669 3,0401 4,0535

Out : 0 1,0134 3,0401 4,0535

N2 0,79

O2 0,21

(17)

N21N2 = N19N2 = 22,8735 kmol/jam

N21O2 = 1,0134 kmol/jam

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

Alur 29 Alur 28 Alur 30

C3H8 44,7003 - -

CO2 - - 133,7970

H2O - - 73,0447

O2 - 194,5696 32,4283

N2 - 640,7555 640,7555

Sub total 454,7003 853,3251 880,0254

Total 880,0254 880,0254

C5H12 + 8O2 5CO2 + 6H2O

In : 0,2384 0 0

0,2384 1

1 0,2384 –

X × N = r

12 5

C5H12 21

C5H12   

H C



C5H12 + 8O2 5CO2 + 6H2O

In : 0,2384 2,2891 0 0

Reaksi : 0,2384 1,9075 1,1922 1,4307

(18)

N2 0,79

O2 0,21

N21N2 = N19N2 = 8,6112 kmol/jam

N21O2 = 0,3815 kmol/jam

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

Alur 29 Alur 28 Alur 30

C5H12 17,2084 - -

CO2 - - 52,4694

H2O - - 25,7805

O2 - 73,2497 12,2083

N2 - 241,2256 241,2256

Sub total 17,2084 314,4753 331,6838

(19)

Tabel LA.12 Neraca massa keseluruhan reaksi pembakaran gas alam

Komponen Massa Masuk (kg/jam)

Massa keluar (kg/jam) Alur 28 Alur 29 Alur 30

CH4 - 358,7823 -

C2H6 - 49,3100 -

C3H8 - 44,7003 -

C5H12 - 17,2084 -

CO2 - - 1.314,3585

H2O - - 993,0851

O2 2.204,9309 - 367,4885

N2 7.261,2674 - 7.261,2674

Sub total 9.466,1983 470,0011 9.936,1994

Total 9.936,1994 9.936,1994

Tabel LA.13 Neraca Massa Keseluruhan Combuster (C-201)

Komponen Massa Masuk (kg/jam) Massa Keluar (kg/jam) Alur 19 Alur 28 Alur 29 Alur 30

CH4 271,2834 - 358,7823 -

CO 438,4889 - - -

CO2 11,4541 - - 2.758,6515

H2 79,9101 - - -

H2O - - - 2.315,1087

O2 - 4.563,1470 - 760,5245

N2 797,4482 15.027,3325 - 15.824,7807

C2H6 - - 49,3100 -

C3H8 - - 44,7003 -

C5H12 - - 17,2084 -

Sub Total 1.598,5847 19.590,4795 470,0011 21.659,0654

(20)

A.4 Siklon 1 (F-201)

11 12

F-201

TT-201

10

Char Gas

Pirolisis

Gas Pirolisis

Gambar LA.4 Diagram Alir Siklon 1

Siklon berfungsi untuk memisahkan antara padatan (alur 11) dan gas (alur 12).

Padatan yang terkandung pada alur 11 terdiri dari arang. Dimana efisiensi pemisahan

padatan dan gas adalah 99%.

Arang (char) yang dialirkan ke siklon adalah 3.269,0488 kg/jam.

Maka efisiensi char yang harus dipisahkan adalah :

= 99% x 3.269,0488 kg/jam = 3.236,3583 kg/jam

Jadi 1% lagi merupakan char yang tidak terpisahkan yang kemudian akan masuk ke

alur 12.

Char yang tidak terpisahkan = 1% x 3.269,0488 kg/jam = 32,6905 kg/jam

Persamaan neraca massa pada siklon adalah :

F10 = F11 + F12

Dimana F10 total = 8.771,8648 kg/jam

F11 char = 3.236,3583 kg/jam

Alur 12 merupakan alur gas dan bio oil.

F12 Bio Oil = 1.515,3317 kg/jam

F12 Char = 32,6905 kg/jam

(21)

F12 CH4 = 271,2834 kg/jam

F12 CO = 438,4889 kg/jam

F12 CO2 = 1.145,4124 kg/jam

F12 H2 = 79,9101 kg/jam

F12 N2 = 797,4482 kg/jam

Tabel LA.14 Neraca massa pada siklon 1 (F-201)

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

Alur 10 Alur 11 Alur 12

Bio Oil 1.515,3317 - 1.515,3317

Char 3.269,0488 3.236,3583 32,6905

Air 1.254,9414 - 1.254,9414

CH4 271,2834 - 271,2834

CO 438,4889 - 438,4889

CO2 1.145,4124 - 1.145,4124

H2 79,9101 - 79,9101

N2 797,4482 - 797,4482

Sub total 8.771,8648 3.236,3583 5.535,5065

Total 8.771,8648 8.771,8648

A.5 Siklon 2 (F-202)

13 14

F-202

TT-202

12

Char

Gas Pirolisis

Gambar LA.5 Diagram Alir Siklon 2

Char yang dialirkan ke siklon 2 (alur 12) adalah 32,6905 kg/jam. Dimana

efisiensi pemisahan padatan dan gas adalah 99%.

(22)

= 99% x 32,6905 kg/jam = 32,3636 kg/jam

Jadi 1% lagi merupakan char yang tidak terpisahkan yang kemudian akan terikut ke

alur 14.

Char yang tidak terpisahkan = 1% x 32,6905 kg/jam = 0,3269 kg/jam

Persamaan neraca massa pada siklon adalah :

F12 = F13 + F14

Dimana F12 total = 5.535,5065 kg/jam

F13 char = 32,3636 kg/jam

Alur 14 merupakan alur gas dan bio oil.

F14 Bio Oil = 1.515,3317 kg/jam

F14 Air = 1.254,9414 kg/jam

F14 CH4 = 271,2834 kg/jam

F14 CO = 438,4889 kg/jam

F14 CO2 = 1.145,4124 kg/jam

F14 H2 = 79,9101 kg/jam

F14 N2 = 797,4482 kg/jam

Tabel LA.15 Neraca massa pada siklon 2 (F-202)

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

Alur 12 Alur 13 Alur 14

Bio Oil 1.515,3317 - 1.515,3317

Char 32,6905 32,3636 0,3269

Air 1.254,9414 - 1.254,9414

CH4 271,2834 - 271,2834

CO 438,4889 - 438,4889

CO2 1.145,4124 - 1.145,4124

H2 79,9101 - 79,9101

N2 797,4482 - 797,4482

Sub total 5.535,5065 32,3636 5.503,1429

(23)

A.6 Kondensor (E-202)

TC

TI TI

E-202

14 15

Gas Pirolisis

Gambar LA.6 Diagram Alir Kondensor

Persamaan neraca massa pada kondensor adalah :

F14 = F15

Kondensor tidak mengalami perubahan massa. Efisiensi pada kondensor diasumsikan

100% dari total bio oil masuk yaitu 1.515,3317 kg/jam.

F14 = 5.503,1429 kg/jam.

F15 Bio Oil = 1.515,3317 kg/jam

F15 Air = 1.254,9414 kg/jam

F15 CH4 = 271,2834 kg/jam

F15 CO = 438,4889 kg/jam

F15 CO2 = 1.145,4124 kg/jam

F15 H2 = 79,9101 kg/jam

F15 N2 = 797,4482 kg/jam

Tabel LA.16 Neraca massa pada kondensor (E-202)

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

Alur 14 Alur 15

Bio Oil 1.515,3317 1.515,3317

Char 0,3269 0,3269

Air 1.254,9414 1.254,9414

CH4 271,2834 271,2834

CO 438,4889 438,4889

CO2 1.145,4124 1.145,4124

H2 79,9101 79,9101

N2 797,4482 797,4482

(24)

A.7 Knock Out Drum (D-201)

15

16 D-201

18

Uncondensable Gas

Condensable Gas Gas

Pirolisis

Gambar LA.7 Diagram Alir Knock Out Drum

Knock out drum digunakan untuk memisahkan cairan dan gas. Cairan yang

terdiri dari bio oil, air dan sedikit char (condensable gas) akan dialirkan melalui alur 16. Gas (uncondensable gas)akan dialirkan melalui alur 18. Efisiensi pemisahan cairan dan gas pada knock out drum ini diasumsikan 100%.

Persamaan neraca massa pada knock out drum adalah :

F15 = F16 + F18

F15 = 5.503,1429 kg/jam

Alur 16 komponen cairan adalah :

F16 Bio Oil = 1.515,3317 kg/jam

F16 Air = 1.254,9414 kg/jam

Alur 18 komponen gas adalah :

F18 CH4 = 271,2834 kg/jam

F18 CO = 438,4889 kg/jam

F18 CO2 = 1.145,4124 kg/jam

F18 H2 = 79,9101 kg/jam

(25)

Tabel LA.17 Neraca massa pada knock out drum (D-201)

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

Alur 15 Alur 16 Alur 18

Bio Oil 1.515,3317 1.515,3317 -

Char 0,3269 0,3269 -

Air 1.254,9414 1.254,9414 -

CH4 271,2834 - 271,2834

CO 438,4889 - 438,4889

CO2 1.145,4124 - 1.145,4124

H2 79,9101 - 79,9101

N2 797,4482 - 797,4482

Sub total 5.503,1429 2.770,5999 2.732,5429

Total 5.503,1429 5.503,1429

A.8 Kolom Absorpsi-Stripping

Fungsi : Untuk menyerap CO2 yang terkandung dalam gas tidak

terkondensasi (Uncondensable Gas) dan melepaskan gas CO2.

TC

F

C

FC LC

LC TC

24 19

20

21

22 23

25

Gambar LA.8 Diagram Alir Kolom Absorpsi dan Stripping

Jumlah CO2 yang terabsorpsi adalah 99% dari jumlah CO2 umpan (Twigg,

1989). Larutan Benfield (K2CO3) (BM = 138 kg/kmol) yang digunakan adalah 30%

berat dengan temperature K2CO3 masuk absorber adalah 40oC.

Reaksi pengikatan CO2 :

K2CO3 + CO2 + H2O 2KHCO3 ……….. (1)

(26)

2KHCO3 CO2 + H2O + K2CO3 ………(2)

Dimana semua CO2 yang terserap dilepaskan pada kolom stripper. Jumlah CO2 yang

terabsorpsi 99% dari jumlah CO2 umpan, maka :

F23 = 99 % x F18CO2

= 0,99 x 1145,4124 kg/jam

= 1133,9583 kg/jam

Maka mol CO2 yang terbentuk dari reaksi (2) :

N23 =

2 2 23

CO BM

CO F

=

44 9583 , 1133

= 25,7718 kmol/jam

Jumlah CO2 yang terbentuk = 25,7718 kmol/jam

Jumlah KHCO3 yang bereaksi = 51,4236 kmol/jam  Neraca Massa Total :

F18 = F19 +F23

2777,1191 = F19+ 789,4737 kg/jam

F19 = 1643,5847 kg/jam

 Alur 20 = Alur 21

N20 KHCO3 = 51,4236 kmol/jam

F20KHCO3 = N35KHCO3 x BM KHCO3

= 51,4236 kmol/jam x 100 kg/kmol

= 5.142,36 kg/jam

F20H2O = 7834,6272 kg/jam  Alur 22 = Alur 24 = Alur 25

Jumlah K2CO3 bereaksi = 25,7718 kmol/jam

= 25,7718 kmol/jam x 138 kg/kmol

= 3556,5084 kg/jam

(27)

Total umpan (F25) = 3556,5084 kg/jam x 100/30

= 1855,028 kg/jam

Jumlah H2O = 70 % x 1855,028 kg/jam

= 8298,5196 kg/jam

Jumlah H2O bereaksi = 25,7718 kmol/jam

= 25,7718 x 18 kg/kmol

= 463,8924 kg/jam

Jumlah H2O tidak bereaksi = 8298,5196 kg/jam – 463,8924 kg/jam

= 7834,6272 kg/jam

F25 = 9879,19 kg/jam

F25K2CO3 = 1855,028 kg/jam

F25H2O = 8298,5196 kg/jam

Tabel LA.18 Neraca Massa pada Kolom absorber (AD-301)

Komponen Massa Masuk (kg/jam) Massa Keluar (kg/jam) Alur 18 Alur 25 Alur 20 Alur 19

CH4 271,2834 - - 271,2834

H2 79,9101 - - 79,9101

CO2 1.145,4124 - - 11,4541

CO 483,4889 - - 483,4889

N2 797,4482 - - 797,4482

K2CO3 - 3.556,5048 - -

H2O - 8.298,5196 7.834,6272 -

KHCO3 - - 5.142,3600 -

Sub total 2.777,5430 11.855,0244 12.976,9872 1.643,5847

Total 14.632,5674 14.632,5719

Tabel LA.19 Neraca massa pada Kolom Stripper (S-301)

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

Alur 20 Alur 22 Alur 23

K2CO3 - 3.556,5048 -

H2O 7.834,6272 8.298,5196 -

CO2 - - 1.133,9583

KHCO3 5.142,3600 - -

Sub total 12.976,9872 11.855,0244 1.133,9583

(28)

LAMPIRAN B

PERHITUNGAN NERACA PANAS

Basis perhitungan : 1 jam operasi

Waktu operasi : 330 hari / tahun ; 24 jam / hari

Satuan operasi : kJ/jam

Temperatur referensi : 25oC (298,15 K)

Kapasitas : 12.000 ton/tahun

Neraca panas ini menggunakan rumus-rumus perhitungan sebagai berikut:

- Perhitungan panas yang masuk dan keluar

Q = ΔH = _��1 . . �

2=25 (Smith dkk, 2005)

- Perhitungan panas penguapan

Q = n . HVL (Smith dkk, 2005)

Persamaan untuk menghitung kapasitas panas (Reklaitis, 1983):

Cp = a + bT + cT2 + dT3

Jika Cp adalah fungsi dari temperatur maka persamaan menjadi:



       

T

T T d T T c T T b T T a CpdT 2

1

) (

4 ) (

3 ) (

2 )

( 14

4 2 3

1 3 2 2

1 2 2 1

2

Untuk sistem yang melibatkan perubahan fasa persamaan yang digunakan adalah:



2 



 



1 1

2 1

T

Tb v VI

b

dT Cp H

dT Cp CpdT

Perhitungan energi untuk sistem yang melibatkan reaksi:







 

 2

1

2

1

) (

T

in out

r T N CpdT N CpdT H

(29)

B.1 Data Perhitungan Cp

B.1.1 Data Perhitungan Cp Cairan

Tabel LB.1 Nilai Konstanta A,B,C dan D untuk perhitungan Cp Cairan (kJ/kmol.K)

Senyawa A B C D

C3H8O 88,080 4,0224E-01 -1,3032E-03 1,9677E-06

C - - -

-H2O 1,8296E+01 4,72118E-01 1,33878E-03 1,31424E-06 CO2 -338,956 5,2796E+00 -2,3279E-02 3,5980E-05

CO -19,312 2,5072E+00 -2,8970E-02 1,2745E0,4 CH4 -0,018 1,1982E+00 -9,8722E-03 3,1670E-05 H2 5,88663E+01 -2,30694E-01 -8,04213E-02 1,37776E-03 N2 1,47141E+01 2,20257E+00 -3,52146E-02 1,7996E-04

O2 1,10501E+03

-3,33636E+01 3,50211E-01 -1,21262E-03 (Reklaitis, 1983 dan Yaws, 1996)

B.1.2 Data perhitungan Cp Gas

Tabel LB.2 Nilai Konstanta A,B,C,D dan E untuk perhitungan Cp Gas (kJ/kmol.K)

Senyawa A B C D E

C3H8O 3,1507E+01 2,3082E-01 -7,8983E-05 6,370E-09 8,6908E-13

C 11,18E+00 1,095E-02 -0,4891E-05 -

-H2O 3,40471E+01 -9,65064E-03 3,29983E-05 -2,04467E-08 4,30228E-12 CO2 2,7437E+01 4,2315E-02 -1,9555E-05 3,997E-09 -2,9872E-13 CO 2,9556E+01 -6,5807E-03 2,0130E-05 -1,223E-08 2,2617E-12 CH4 3,4942E+01 -3,9957E-02 1,9184E-04 -1,530E-07 3,9321E-11 H2 1,76386E+01 6,70055E-02 -1,3148E-04 1,05883E-07 -2,91803E-11 N2 2,94119E+01 -3,00681E-03 5,45064E-06 5,13186E-09 -4,25308E-12 O2 2,98832E+01 -1,13842E-02 4,33779E-05 -3,70062E-08 1,01006E-11 (Reklaitis, 1983 dan Yaws, 1996)

B.1.3 Estimasi Cp Padatan dengan Metode Hurst dan Harrison

Perhitungan estimasi Cp padatan menggunakan metode Hurst dan Harrison

dimana kontribusi elemen atom dan persamaan yang digunakan dapat dilihat sebagai

berikut :

Tabel LB.3 Kontribusi unsur dan gugus untuk estimasi Cp

Unsur ΔE (J/mol.K) C 10,89

H 7,56

(30)

(Perry dan Green, 1999)

Perhitungan kapasitas panas dihitung dengan rumus:

Cp = i=1Ni∆Ei (Perry dan Green, 1999)

Dimana:

Cp = Kapasitas panas (kJ/kmol.K)

Ni = Jumlah unsur i dalam senyawa ΔEi = Nilai kontribusi unsur i

Hasil estimasi nilai kapasitas panas padatan tandan kosong kelapa sawit

(C100H120O40) :

Cp TKKS = (100 × 10,89) + (120 × 7,56) + (40 × 13,42)

Cp TKKS = 1089 + 907,2 + 536,8 = 2533 kJ/kmol.K

B.2 Data Panas Pembentukan Standar (ΔHof 298,15K)

Tabel LB.4 Data Panas Pembentukan Standar

Komponen ΔHof Satuan

C3H8O (l) -300.700 kJ/kmol

C (s) 0,0 kJ/kmol

H2O (l) -285.840 kJ/kmol CO2 (g) -393.500 kJ/kmol CO (g) -110.520 kJ/kmol CH4 (g) -74.850 kJ/kmol H2 (g) 0,0 kJ/kmol N2 (g) 0,0 kJ/kmol O2 (g) 0,0 kJ/kmol (Felder dan Rousseau, 2005)

B.3 Perhitungan Entalpi Pembentukan (ΔHof) Tandan Kosong Kelapa Sawit

Perhitungan ΔHof Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) menggunakan rumus :

c f

o f

o

H O H H CO

H O

H C

H     

 ( 100 120 40) 100 ( 2) 60 ( 2 )

(Benanti dkk, 2011)

Dimana : ΔHo

(31)

ΔHo

f H2O = -285.840 kJ/kmol Perhitungan ΔHc menggunakan rumus :

) ( 916 , 1 322 , 1 092 ,

4 _C _H _N _O

c n n n

H    _



Dimana ni adalah nomor mol dari setiap elemen dalam formula.

Rumus Molekul dari TKKS adalah C100H120O40

nC = 100 , nH = 120 , nO = 40

) 40 0 ( 916 , 1 ) 120 ( 322 , 1 ) 100 ( 092 ,

4   

 Hc

64 , 76 64 , 158 2 ,

409  

 Hc

2 , 419 

Hc kJ/kmol

Maka : c f o f o f o H O H H CO H O H C

H     

 ( 100 120 40) 100 ( 2) 60 ( 2 )

2 , 419 ) 840 . 285 ( 60 ) 500 . 393 ( 100 )

( 100 120 40     

Hof C H O

2 , 419 400 . 150 . 17 000 . 350 . 39 )

( 100 120 40   

Hof C H O

8 , 980 . 499 . 56 ) ( 100 120 40 

Hof C H O kJ/kmol

B.4 Perhitungan Neraca Energi B.4.1 Unit Persiapan TKKS

Unit persiapan bahan baku tandan kosong kelapa sawit (TKKS) terdiri dari

beberapa alat yang tidak mengalami perubahan panas. Bahan baku TKKS masuk ke

dalam gudang (G-101) pada suhu 30oC dan keluar dari screen (S-101) pada suhu

(32)

Gambar LB.1 Diagram Alir Panas Persiapan Bahan Baku

Panas masuk :

Q1 =



15 , 303

15 , 298 1

CpdT TKKS

N

Tabel LB.5 Neraca panas masuk unit persiapan bahan baku

Senyawa N

1 in

(kmol/jam)

��

, ,

(kJ/kmol) Q (kJ/jam)

TKKS 4,0641 12.665 51.471,2110

Total Panas Masuk 51.471,2110

Panas keluar :

Q4 =



15 , 303

15 , 298 4

CpdT TKKS

N

Tabel LB.6 Neraca panas keluar unit persiapan bahan baku

Senyawa N

4 in

(kmol/jam)

��

, ,

TKKS 4,0641 12.665 51.471,2110

Total Panas Keluar 51.471,2110

Pada unit persiapan bahan baku tidak terjadi perubahan panas yaitu Q out = Qin.

3 2 1

(33)

B.4.2 Combuster (B-201)

Combuster berfungsi untuk menyediakan panas yang akan digunakan untuk

memanaskan reaktor fluidized bed. Gas yang tidak terkondensasi dimasukkan pada suhu 80oC, bahan bakar gas alam dan udara dimasukkan pada suhu 30oC. Suhu

keluar dari combuster yang dibutuhkan untuk memanaskan reaktor tersebut adalah

sebesar 500oC.

9

8

PC

TC

R-201

7

Flue Gas

30

19 28

29

Udara Gas alam

Uncondensable Gas

B-101

Nitrogen TKKS

Gas Pirolisis

Gambar LB.2 Diagram Alir Panas Combuster

a. Panas masuk

Q28 =







15 , 305

15 , 298

15 , 305

15 , 298 2 28 2

28

CpdT N

N CpdT O

N

Q19 =















15 , 353

15 , 298 2 19 15

, 353

15 , 298 19 15

, 353

15 , 298

15 , 353

15 , 298 2 19 4

19

CpdT H

N CpdT CO

N CpdT CH

N



 353,15

15 , 298 2 19

CpdT N

(34)

Q29 =







  303,15

15 , 298 12 5 29 15 , 303 15 , 298 8 3 29 15 , 303 15 , 298 15 , 303 15 , 298 6 2 29 4 29 CpdT H C N CpdT H C N CpdT H C N CpdT CH N





 303,15

15 , 298 2 29 15 , 303 15 , 298 2 29 CpdT CO N CpdT N N

Tabel LB.7 Neraca panas masuk combuster alur 19 (Uncondensable gas)

Senyawa N 19 in (kmol/jam) �� , ,

(kJ/kmol) Qin (kJ/jam)

CH4 16,9024 2.059,7312 34.814,3857

CO2 0,2603 2.160,0587 562,1804

CO 15,6547 1.603,4284 25.101,2337

H2 39,5595 1.585,8012 62.733,4320

N2 28,4671 1.602,8162 45.627,4894

Tabel LB.8 Neraca panas masuk combuster alur 28 (Udara)

Senyawa N 28 in (kmol/jam) �� , , (kJ/kmol) Qin (kJ/jam)

O2 142,5983 147,2918 21.003,5733

N2 536,3211 145,5266 78.052,9792

Tabel LB.9 Neraca panas masuk combuster alur 29 (Gas alam)

Senyawa N 29 in (kmol/jam) �� , , (kJ/kmol) Qin (kJ/jam)

CH4 22,3540 182,1647 4.072,1172

C2H6 1,6393 267,9227 439,2046

C3H8 1,0134 375,5174 380,5430

C5H12 0,2384 132,8716 31,6823

N2 0,0894 145,5266 13,0124

CO2 4,4708 192,4878 860,5762

Total Panas Masuk 5.797,1358

(35)

b. Panas reaksi

b.1 Panas reaksi gas tidak terkondensasi

1. Pembakaran gas tidak terkondensasi CH4

CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O

Tabel LB.10 Panas Reaksi Standar 298,15K

Senyawa

Δ (Koefisien

Reaksi)

ΔHf (298,15 K) (kJ/kmol)

ΔH produk 298,15 K (kJ/kmol)

ΔH reaktan 298,15 K (kJ/kmol)

CH4 1 -74.850 - -74.850

O2 2 0,0 - 0,0

CO2 1 -393.500 -393.500

-H2O 2 -285.840 -571.680

-r1 =

N_{CH 4 x}X CH₄ σ

r1 =

16,9024 x 1

1 = 16,9024 kmol/jam

Panas reaksi pada suhu standar reaksi :

ΔHr(298,15 K) = ΔHf (298,15 K) Produk - ΔHf (298,15 K) Reaktan = (-393.500-571.680) – (-74.850) kJ/kmol

= -965.180 + 74.850 kJ/kmol

= -890.330 kJ/kmol

Panas reaksi total (Hr tot) :

Hr tot = (r1x Hr 298,15K)

= (16,9024 kmol/jam x -890.330 kJ/kmol)

= -15.048.704,69 kJ/jam

2. Pembakaran gas tidak terkondensasi CO

CO + 0,5O2 CO2

Senyawa

Δ (Koefisien

Reaksi)

CO 1 -110.520 - -110.520

O2 0,5 0,0 - 0,0

(36)

-r1 = NCOx X CO σ

r1 = 15,6547 x 1

1 = 15,6547 kmol/jam

ΔHr(298,15 K) = ΔHf (298,15 K) Produk - ΔHf (298,15 K) Reaktan = (-393.500) – (-110.520) kJ/kmol

= -282.980 kJ/kmol

Hr tot = (r1x Hr 298,15K)

= (15,6547 kmol/jam x -282.980 kJ/kmol)

= -4.429.974,362 kJ/jam

3. Pembakaran gas tidak terkondensasi H2

2H2 + O2 2H2O

Senyawa

Δ (Koefisien

Reaksi)

H2 2 0,0 - -74.850

O2 1 0,0 - 0,0

H2O 2 -285.840 -571.680

-r1 = NH 2 x X H2 σ

r1 = 39,5595 x 2

1 = 19,7797 kmol/jam

ΔHr(298,15 K) = ΔHf (298,15 K) Produk - ΔHf (298,15 K) Reaktan = (-571.680) – (0) kJ/kmol

= -571.680 kJ/kmol

Hr tot = (r1x Hr 298,15K)

= (19,7797 kmol/jam x -571680 kJ/kmol)

(37)

Total ΔHr = -30.786.359,77 kJ/jam

b.2 Panas reaksi gas alam

1. Pembakaran gas alam CH4

CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O

Senyawa

Δ (Koefisien

Reaksi)

CH4 1 -74.850 - -74.850

O2 2 0,0 - 0,0

CO2 1 -393.500 -393.500

-H2O 2 -285.840 -571.680

-r1 =

N_{CH 4 x}X CH₄ σ

r1 = 22,3540x 1

1 = 22,3540 kmol/jam

= -965.180 + 74.850 kJ/kmol

= -890.330 kJ/kmol

Hr tot = (r1x Hr 298,15K)

= (22,3540 kmol/jam x -890.330 kJ/kmol)

(38)

2. Pembakaran gas alam C2H6

C2H6 + 7/2O2 2CO2 + 3H2O

Senyawa

Δ (Koefisien

Reaksi)

C2H6 1 -83.800 - -83.800

O2 7/2 0,0 - 0,0

CO2 2 -393.500 -787.000

-H2O 3 -285.840 -857.520

-r1 =

N_{C 2H 6 x}X C2H6 σ

r1 =

1,6393 x 1

1 = 1,6393 kmol/jam

= -1.644.520 + 83.800 kJ/kmol

= -1.560.720 kJ/kmol

Hr tot = (r1x Hr 298,15K)

= (1,6393 kmol/jam x -1.560.720 kJ/kmol)

= -2.558.482,42 kJ/jam

C3H8 + 5O2 3CO2 + 4H2O

Senyawa

Δ (Koefisien

Reaksi)

ΔHf(298,15 K) (kJ/kmol)

C3H8 1 -104.700 - -104.700

O2 5 0,0 - 0,0

CO2 3 -393.500 -1.180.500

-H2O 4 -285.840 -1.143.360

-r1 =

(39)

r1 =

1,0134 x 1

1 = 1,0134 kmol/jam

ΔHr(298,15 K) = ΔHf (298,15 K) Produk - ΔHf (298,15 K) Reaktan

= (-1.143.360-1.180.500) – (-104.700) kJ/kmol

= -2.323.860 + 104.700 kJ/kmol

= -2.219.160 kJ/kmol

Hr tot = (r1x Hr 298,15K)

= (1,0134 kmol/jam x -2.219.160 kJ/kmol)

= -2.248.859,30 kJ/jam

C5H12 + 8O2 5CO2 + 6H2O

Senyawa

Δ (Koefisien

Reaksi)

C5H12 1 -146.800 - -146.800

O2 8 0,0 - 0,0

CO2 5 -393.500 -1.967.500

-H2O 6 -285.840 -1.715.040

-r1 = NC 5H 12 x X C5H12 σ

r1 = 0,2384x 1

1 = 0,2384 kmol/jam

= (-1.967.500-1.715.040) – (-146.800) kJ/kmol

= -3.682.540 + 146.800 kJ/kmol

= -3.535.740 kJ/kmol

(40)

= (0,2384 kmol/jam x -3.535.470 kJ/kmol)

= -843.008,39 kJ/jam

Total ΔHr = -25.552.822,1 kJ/jam

Total keseluruhan ΔHr = -56.339.178,61 kJ/jam

c. Panas keluar

Q30 =















15 , 773

15 , 298 2 30 15

, 773

15 , 298 2 30 15

, 773

15 , 298

15 , 773

15 , 298 2 30 2

30

CpdT CO

N CpdT O

H N CpdT N

N

Tabel LB.17 Neraca panas keluar Combuster alur 30

Senyawa N30out (kmol/jam) �� ,

,

N2 564,8776 14.212,4530 8.028.296,1165 H2O 128,4132 16.958,4666 2.177.691,5403

O2 23,7664 14.917,9454 354.545,7154

CO2 67,1464 21.291,9826 1.429.679,9839

Total Panas Keluar 11.990.213,3461

Maka, selisih panas adalah :

dQ

dt =∆Hr total + N CpdTout −N CpdTin

T2 T1 T2

T1

dQ

dt =−56.339.178,61 kJ

jam+ 11.990.213,3461 kJ

jam−273.688,4100 kJ jam

dQ

(41)

Tabel LB.18 Neraca panas keseluruhan Combuster (B-201)

Komponen Panas Masuk (kJ/jam)

Panas Keluar (kJ/jam)

Alur 19 Alur 28 Alur 29 Alur 30

CH4 34.814,3857 - 4.072,1172

-CO2 562,1804 - 860,5762 1.429.679,9839

CO 25.101,2337 - -

-H2 62.733,4320 - -

-N2 45.627,4894 78,052,9792 13,0124 8.028.296,1165

O2 - 21.003,5733 - 354.545,7154

C2H6 - - 439,2046

-C3H8 - - 380,5430

-C5H12 - - 31,6823

-H2O - - - 2.177.691,5403

Panas Reaksi - - - -56.339.178,61

dQ/dt -44.622.653,6760

-Total -44.348.965,2660 -44.348.965,2660

B.4.3 Reaktor Fluidized Bed (R-201)

9

8

PC

TC

R-201

7

Flue Gas

21

18 19

20

Udara Gas alam

Uncondensable Gas

B-101

Nitrogen TKKS

Gas Pirolisis

Gambar LB.3 Diagram Alir Panas Reaktor Fluidized Bed

(42)

Q7 =



15 , 303 15 , 298 7 CpdT TKKS N

Q8 =



15 , 303 15 , 298 2 8 CpdT N N

Tabel LB.19 Neraca panas masuk Reaktor Fluidized Bed

Senyawa N

7 in

(kmol/jam)

N8in

(kmol/jam) ��

,

, (kJ/kmol) Q (kJ/jam)

TKKS 4,0641 - 12.665 51.471,2110

N2 - 28,4671 145,5266 4.142,7163

Panas keluar alur 9 T = 500oC (773,15 K) :

Q9 =















15 , 773 15 , 298 4 9 15 , 773 15 , 298 2 9 15 , 773 15 , 298 15 , 773 15 , 298 9 9 CpdT CH N CpdT O H N CpdT Ar a ng

N CpdT BioOil N



  

 773,15

15 , 298 2 9 15 , 773 15 , 298 2 9 15 , 773 15 , 298 2 9 15 , 773 15 , 298 9 CpdT N N CpdT H N CpdT CO N CpdT CO N

Tabel LB.20 Neraca panas keluar Reaktor Fluidized Bed

Senyawa N 9 out (kmol/jam) �� , ,

Bio Oil 25,2093 126.731,9276 3.194.824,5565 Arang 272,1939 7.386,2862 2.010.502,1050 Air 69,6416 16.958,4666 1.181.014,4871 CH4 16,9024 23.078,6186 390.083,8077

CO 15,6547 14.343,5531 224.544,3932

CO2 26,0262 21.291,9826 554.149,0829

H2 39,5595 13.987,4774 553.337,2820

N2 28,4671 14.212,4530 404.586,9615

Panas reaksi :

Reaksi yang terjadi pada Reaktor Fluidized Bed adalah :

C100H120O40 500oC 6,203 C3H8O + 66,976 C + 6,404 CO2 + 3,852 CO + 9,734 H2

(43)

Reaktor dipanaskan melalui jaket reaktor dengan menggunakan gas yang berasal dari

combuster. Panas tidak dimasukkan ke dalam reaktor sehingga tidak termasuk ke

dalam total panas masuk ke reaktor.

Senyawa

Δ (Koefisien

Reaksi)

C100H120O40 1

-56.499.980,8 - -56.499.980,8

C3H8O 6,203 -300.700 -1.865.242,1

-C 66,976 0,0 0,0

-CO2 6,404 -393.500 -2.519.974

-CO 3,852 -110.520 -425.723,04

-H2 9,734 0,0 0,0

-CH4 4,159 -74.850 -311.301,15

-H2O 17,136 -285.840 -4.898.154,24

-r1 = NC 100 H 120 O 40 x X C100H120O40 σ

r1 = 4,0641 x 0,19

1 = 0,7722 kmol/jam

= (-1.865.242,1 – 2.519.974 – 425.723,04 – 311.301,15 –

4.898.154,24) – (-56.499.980,8) kJ/kmol

= -10.020.394,53 + 56.499.980,8 kJ/kmol

= 46.479.586,27 kJ/kmol

Hr tot = (r1x Hr 298,15K)

= (0,7722 kmol/jam x 46.479.586,27 kJ/kmol)

= 35.891.536,518 kJ/jam

Maka, selisih panas adalah :

dQ

T2 T1 T2

(44)

dQ

dt = 35.891.536,518 kJ

jam+8.513.042,676 kJ

jam− 55.613,9273 kJ jam

dQ

dt = 44.348.965,266 kJ jam

Panas yang dibutuhkan reaktor ini di supply oleh Combuster (B-201) yaitu sebesar

44.348.965,266 kJ/jam.

Tabel LB.22 Neraca Panas Keseluruhan Reaktor Fluidized Bed (R-201)

Komponen Panas Masuk (kJ/jam)

Panas Keluar (kJ/jam)

Alur 7 Alur 8 Alur 9

TKKS 51.471,2110 -

-N2 - 4.142,7163 404.586,9615

Bio Oil - - 3.194.824,5565

Arang - - 2.010.502,1050

Air - - 1.181.014,4871

CH4 - - 390.083,8077

CO - - 224.544,3932

CO2 - - 554.149,0829

H2 - - 553.337,2820

Hr - 35.891.536,518

dQ/dt 44.348.965,266

-Total 44.404.579,194 44.404.579,194

B.4.4 Cooler (E-201)

Suhu keluaran reaktor adalah 500oC. Selanjutnya char akan dipisahkan dari gas

dengan menggunakan siklon. Pemisahan dilakukan pada suhu 300oC. Sehingga keluaran

reaktor tersebut harus didinginkan terlebih dahulu pada cooler sebelum diumpankan kedalam

Siklon dari suhu 500 oC hingga menjadi 300 oC.

TC

TI TI

E-201

14 15

Gas Pirolisis

(45)

Produk keluaran dari reaktor yaitu Gas pirolisis yang terdiri dari Bio Oil, Char, Air,

CH4, CO, CO2, H2 dan N2.

Panas masuk cooler alur 9 T = 500oC (773,15 K) :

Q9 =















15 , 773 15 , 298 4 9 15 , 773 15 , 298 2 9 15 , 773 15 , 298 15 , 773 15 , 298 9 9 CpdT CH N CpdT O H N CpdT Ar a ng

N CpdT BioOil N



  

 773,15

Tabel LB.23 Neraca panas masuk cooler

Bio Oil 25,2093 126.731,9276 3.194.824,5565 Arang 272,1939 7.386,2862 2.010.502,1050 Air 69,6416 16.958,4666 1.181.014,4871 CH4 16,9024 23.078,6186 390.083,8077

CO 15,6547 14.343,5531 224.544,3932

CO2 26,0262 21.291,9826 554.149,0829

H2 39,5595 13.987,4774 553.337,2820

N2 28,4671 14.212,4530 404.586,9615

Total Panas Masuk 8.513.042,676

Panas keluar cooler alur 10 T = 300oC (573,15 K) :

Q10 =







  573,15

15 , 298 4 10 15 , 573 15 , 298 2 10 15 , 573 15 , 298 15 , 573 15 , 298 10 10 CpdT CH N CpdT O H N CpdT Ar a ng

N CpdT BioOil N



  

 573,15

(46)

Tabel LB.24 Neraca panas keluar cooler

Senyaw a

N10out

(kmol/jam)

��

, ,

Bio Oil 25,2093 51.308,8667 1.293.461,1 7

Arang 272,1939 4.122,6011 1.122.146,8 9

Air 69,6416 9.526,1914 663.419,07

CH4 16,9024 11.809,5952 199.610,38

CO 15,6547 8.146,1579 127.525,87

CO2 26,0262 11.656,5374 303.375,20

H2 39,5595 8.088,7267 319.985,79

N2 28,4671 8.099,6779 230.574,14

Total Panas Keluar 4.260.098,5 1

Q total = Qout – Qin

= 4.260.098,51 –8.513.042,676 kJ/jam

= -4.252.944,17 kj/jam

Tanda Q negatif, berarti sistem melepas panas sebesar 4.252.944,17 kJ/jam.

Data air pendingin yang digunakan:

Air Pendingin masuk (30oC) ; H1 = 125,7 kJ/kg

Air Pendingin keluar (45oC) ; H2 = 188,35 kJ/kg (Reklaitis, 1983)

Air pendingin yang diperlukan adalah :

m =

1 2

/ H H

dt dQ



m =

65 , 62

17 4.252.944,

(47)

Tabel LB.25 Neraca panas keseluruhan cooler (E-201)

Senyawa

Panas masuk (kJ/jam)

Alur 9

Panas keluar (kJ/jam)

Alur 10

Bio Oil 3.194.824,5565 1.293.461,17 Arang 2.010.502,1050 1.122.146,89

Air 1.181.014,4871 663.419,07

CH4 390.083,8077 199.610,38

CO 224.544,3932 127.525,87

CO2 554.149,0829 303.375,20

H2 553.337,2820 319.985,79

N2 404.586,9615 230.574,14

Air pendingin -4.252.944,17

-Total 4.260.098,51 4.260.098,51

B.4.5 Kondensor (E-202)

Suhu keluaran dari siklon (F-202) adalah sama dengan suhu keluaran cooler

(E-201) yaitu 300oC karena pada siklon tidak terjadi perubahan panas. Suhu masuk

kondensor (E-202) adalah 300oC. Kondensor digunakan untuk mengkondensasikan

gas yang dapat terkondensasi seperti Bio Oil, Air dan Arang. Suhu keluaran

kondensor diharapkan lebih rendah dari titik didih air yaitu 95oC sehingga digunakan

air pendingin pada suhu 30oC untuk mencapai keadaan tersebut.

TC

TI TI

E-202

14 15

Gas Pirolisis

Gambar LB.5 Diagram Alir Kondensor

Panas masuk kondensor alur 14 T = 300oC (573,15 K) :

Q14 =







  573,15

15 , 298 4 14 15

, 573

15 , 298 2 14 15

, 573

15 , 298

15 , 573

15 , 298 14

14

CpdT CH

N CpdT O

H N CpdT Ar a ng

N CpdT BioOil

(48)



  

 573,15

Tabel LB.26 Neraca Panas Masuk Kondensor

Bio Oil 25,2093 51.308,8667 1.293.461,17

Air 69,6416 9.526,1914 663.419,07

CH4 16,9024 11.809,5952 199.610,38

CO 15,6547 8.146,1579 127.525,87

CO2 26,0262 11.656,5374 303.375,20

H2 39,5595 8.088,7267 319.985,79

N2 28,4671 8.099,6779 230.574,14

Arang 0,02722 4.122,6011 112,2147

Total Panas Masuk 3.138.063,83

Panas keluar kondensor alur 15 T = 95oC (368,15 K) :

Q15 =







  368,15

15 , 298 4 15 15 , 368 15 , 298 2 15 15 , 368 15 , 298 15 , 368 15 , 298 15 15 CpdT CH N CpdT O H N CpdT Ar a ng

N CpdT BioOil N



  

 368,15

Tabel LB.27 Neraca Panas Keluar Kondensor

,

(kJ/kmol)

Q (kJ/jam)

Bio Oil 25,2093 10.530,5620 265.468,21

Air 69,6416 2.365,8388 164.760,77

CH4 16,9024 2.644,3266 44.695,44

CO 15,6547 2.042,4135 31.973,42

CO2 26,0262 2.765,1072 71.965,19

H2 39,5595 2.023,4379 80.046,14

N2 28,4671 2.040,8968 58.098,36

Arang 0,02722 999,8204 27,2145

(49)

Panas yang dibutuhkan adalah:

dQ/dt = Qout – Qin

= 717.034,75 – 3.138.063,83 kJ/jam

= - 2.421.029,08 kJ/jam

Tanda Q negatif, berarti sistem melepas panas sebesar 2.421.029,08 kJ/jam.

Maka, massa air pendingin yang diperlukan:

m =

1 2

/ H H

dt dQ



m =

65 , 62

08 2.421.029,

m = 38.643,7204 kg/jam

Tabel LB.28 Neraca panas keseluruhan kondensor (E-202)

Senyawa

Alur 14

Alur 15

Bio Oil 1.293.461,17 265.468,21

Arang 112,2147 27,2145

Air 663.419,07 164.760,77

CH4 199.610,38 44.695,44

CO 127.525,87 31.973,42

CO2 303.375,20 71.965,19

H2 319.985,79 80.046,14

N2 230.574,14 58.098,36

Air pendingin -2.421.029,08

-Total 717.034,75 717.034,75

B.4.6 Cooler (E-203)

Suhu keluaran kondensor (E-202) yang akan dialirkan ke knock out drum

(D-201) adalah 95oC. Knock out drum digunakan untuk memisahkan gas yang

terkondensasi (Bio Oil, Air, Arang) dan gas yang tidak terkondensasi (CH4, CO2,

CO, H2, N2). Selanjutnya gas yang terkondensasi akan disimpan pada tangki

(50)

didinginkan terlebih dahulu pada cooler sebelum diumpankan kedalam tangki

penyimpanan dari suhu 95oC menjadi 60oC.

TC

TI TI

E-203

14 15

Gas Pirolisis

Gambar LB.6 Diagram Alir Cooler

Panas masuk cooler alur 16 T = 95oC (368,15 K) :

Q16 =











15 , 368

15 , 298 2 16 15

, 368

15 , 298

15 , 368

15 , 298 16

16

CpdT O

H N CpdT Ar a ng

N CpdT BioOil

N

Tabel LB.29 Neraca panas masuk cooler

Senyawa N

16 in

,

, (kJ/kmol)

Q (kJ/jam)

Bio Oil 25,2093 10.530,5620 265.468,21

Arang 0,02722 999,8204 27,2145

Air 69,6416 2.365,8388 164.760,77

Panas keluar cooler alur 17 T = 60oC (333,15 K) :

Q17 =











15 , 333

15 , 298 2 17 15

, 333

15 , 298

15 , 333

15 , 298 17

17

CpdT O

H N CpdT Ar a ng

N CpdT BioOil

N

Tabel LB.30 Neraca panas keluar cooler

,

Bio Oil 25,2093 5.148,9255 129.800,86

Arang 0,02722 495,1994 13,4790

Air 69,6416 1.179,1493 82.117,8225

Q total = Qout – Qin

= 211.932,16–430.256,19 kJ/jam

= -218.324,03 kj/jam

(51)

Data air pendingin yang digunakan:

Air pendingin yang diperlukan adalah :

m =

1 2

/ H H

dt dQ



m =

65 , 62 218.324,03

m = 3.484,8208 kg/jam

Tabel LB.31 Neraca panas keseluruhan cooler (E-203)

Senyawa

Alur 16

Alur 17

Bio Oil 265.468,21 129.800,86

Arang 27,2145 13,4790

Air 164.760,77 82.117,8225

Air pendingin -218.324,03

-Total 211.932,16 211.932,16

B.4.7 Kolom Absorber (AD-301)

Gas yang tidak terkondensasi (Alur 18) dimasukkan ke dalam kolom absorber

pada suhu 95oC. Larutan Benfield yang terdiri dari K2CO3 dan Air (Alur 25)

(52)

F

C

LC

19

20 25

Gambar LB.7 Diagram Alir Kolom Absorber

Panas masuk kolom absorber alur 18 T = 95oC (368,15 K) :

Q18 =

















15 , 368

15 , 298 2 18 15

, 368

15 , 298 2 18 15

, 368

15 , 298

15 , 368

15 , 298 18 4

18

CpdT H

N CpdT CO

N CpdT CH

N



,15 368

15 , 298 2 18

CpdT N

N

Tabel LB.32 Neraca panas masuk kolom absorber Alur 18

Senyawa N

18 in

,

CH4 16,9024 2.644,3266 44.695,4458

CO 15,6547 2.042,4135 31.973,4258

CO2 26,0262 2.765,1072 71.965,1929

H2 39,5595 2.023,4379 80.046,1014

N2 28,4691 2.040,8968 58.098,3629

Panas masuk kolom absorber Alur 25 T = 40oC (313,15 K) :

Q25 =







15 , 313

15 , 298 2 25 15

, 313

15 , 298 3 2 25

CpdT O

H N CpdT CO

(53)

Tabel LB.33 Neraca panas masuk kolom absorber Alur 25 Senyawa N 25 in (kmol/jam) �� , ,

K2CO3 25,7335 1.630,65 41.962,4077

Air 460,5172 504,5125 2.246.715,8288

Total Panas Masuk 2.288.678,2365

Panas masuk total kolom absorber (Qin) = 2.575.456,7653 kJ/jam

Panas keluar kolom absorber alur 19 T = 80oC (353,15 K) :

Q19 =

















15 , 353 15 , 298 2 19 15 , 353 15 , 298 2 19 15 , 353 15 , 298 15 , 353 15 , 298 19 4 19 CpdT H N CpdT CO N CpdT CO N CpdT CH N



,15 353 15 , 298 2 19 CpdT N N

Tabel LB.34 Neraca panas keluar kolom absorber Alur 19

Senyawa N

19 out

,

CH4 16,9024 2.059,7312 34.814,3857

CO 15,6547 1.603,4284 25.101.2337

CO2 0,2603 2.160,0587 562,1809

H2 39,5595 1.585,8012 62.733,4320

N2 28,4671 1.602,8162 45.627,4894

Panas keluar kolom absorber Alur 20 T = 50oC (323,15 K) :

Q20 =







15 , 323 15 , 298 2 20 15 , 323 15 , 298 3 20 CpdT O H N CpdT KHCO N

Tabel LB.35 Neraca panas keluar kolom absorber Alur 20

Senyawa N 20 out (kmol/jam) �� , ,

KHCO3 51,3620 2.187,25 112.341,4593

Air 434,7740 8.342,2288 3.626.984,0479

(54)

Panas keluar total kolom absorber (Qout) = 3.908.164,2290 kJ/jam

Panas reaksi :

Reaksi pengikatan CO2 :

K2CO3 + CO2 + H2O 2KHCO3

Senyawa

Δ (Koefisien

Reaksi)

K2CO3 1

-1.147.279,87 - -1.147.279,87

CO2 1 -393.500 - -393.500

H2O 1 -285.840 - -285.840

KHCO3 2 -962.172,60 -1.924.345,20

-r1 = NK 2CO 3 x XK 2C O 3 σ

r1 = 25,7335 x 1

1 = 25,7335 kmol/jam

= (-1.924.345,20) – (-1.147.279,87-393.500-285.840) kJ/kmol

= -97.725,33 kJ/kmol

Hr tot = (r1x Hr 298,15K)

= (25,7335 kmol/jam x -97.725,33 kJ/kmol)

= -2.514.819,33 kJ/jam

dQ

T2 T₁ T2

T₁

dQ

dt =−2.514.819,33 kJ

jam+ 3.908.164,2290 kJ

jam− 2.575.456,7653 kJ jam

dQ

(55)

Tabel LB.37 Neraca Panas Keseluruhan Kolom Absorber (AD-301)

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

CH4 44.695,4458 - 34.814,3857

-CO2 71.965,1929 - 562,1809

-CO 31.973,4258 - 25.101.2337

-H2 80.046,1014 - 62.733,4320

-N2 58.098,3629 - 45.627,4894

-K2CO3 - 41.962,4077 -

-H2O - 2.246.715,8288 - 3.626.984,0479

KHCO3 - - - 112.341,4593

Hr - -2.514.819,33

dQ/dt -1.182.111.8642

-Total 1.393.344,9010 1.393.344,9010

B.4.8 Heat Exchanger (E-302)

Larutan KHCO3 dan Air pada Alur 20 dimasukkan ke dalam heat exchanger

pada suhu 50oC. Larutan K2CO3 dan H2O (Alur 22) keluaran stripper dimasukkan

pada suhu 95oC.

TC 24

20

22

21

Gambar LB.8 Diagram Alir Heat Exchanger

Panas masuk heat exchanger alur 20 T = 50oC (323,15 K) :

Q20 =







15 , 323

15 , 298 2 20 15

, 323

15 , 298 3 20

CpdT O

H N CpdT KHCO

(56)

Tabel LB.38 Neraca panas masuk Heat Exchanger Alur 20

Senyawa N

20 in

,

KHCO3 451,3620 2.187,25 112.341,4593

Air 434,7740 8.342,2288 3.626.984,0479

Panas masuk heat exchanger alur 22 T = 95oC (368,15 K) :

Q22 =







15 , 368 15 , 298 2 20 15 , 368 15 , 298 3 2 22 CpdT O H N CpdT CO K N

Tabel LB.39 Neraca panas masuk Heat Exchanger Alur 22

Senyawa N

22 in

,

K2CO3 25,7335 7.609,7 195.824,57

Air 460,5173 26.169,5117 12.051.509,77

Panas masuk Heat Exchanger (Qin) = 12.259.602,78 kJ/jam

Panas keluar Heat Exchanger alur 21 T = 60oC (333,15 K) :

Q21 =







15 , 333 15 , 298 2 21 15 , 333 15 , 298 3 21 CpdT O H N CpdT KHCO N

Tabel LB.40 Neraca panas keluar Heat Exchanger Alur 21

,

KHCO3 51,3620 3.062,15 157.278,0431

Air 434,7740 11.980,69 5.208.893,9775

Total Panas Keluar 5.366.172,0206

Untuk mencari suhu keluar alur 24 dilakukan Trial dan Error, sehingga didapatkan

suhu keluar adalah 67,2023oC.

Panas keluar Heat Exchanger alur 24 T = 67,2023oC (340,3523 K) :

Q24 =







(57)

Tabel LB.41 Neraca panas keluar Heat Exchanger Alur 24

,

K2CO3 25,7335 4.587,8085 118.060,58

Air 460,5172 14.712,5242 6.775.370,18

Panas keluar Heat Exchanger (Qout) = 12.259.602,78 kJ/jam

Tabel LB.42 Neraca panas keseluruhan Heat Exchanger (E-302)

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

K2CO3 - 195.824,57 - 118.060,58

H2O 3.626.984,0479 12.051.509,77 5.208.893,9775 6.775.370,18

KHCO3 112.341,4593 - 157.278,0431

-Sub Total 3.739.325,5073 12.247.334,34 5.366.172,0206 6.893.430,76

Total 12.259.602,78 12.259.602,78

B.4.9 Kolom Stripper (S-301)

Larutan Benfield yang terdiri dari K2CO3 dan Air (Alur 21) dimasukkan pada

suhu 60oC.

FC LC