LAMPIRAN A
PERHITUNGAN NERACA MASSA
Pra rancangan pabrik pembuatan bio-oil dengan proses fast pyrolisis (pirolisis cepat) menggunakan bahan baku batang jagung dengan ketentuan sebagai berikut. Kapasitas produksi : 2.000 ton/tahun.
Basis perhitungan : 1 jam operasi. Waktu kerja per tahun : 330 hari. Satu hari operasi : 24 jam.
Satuan perhitungan : kg/jam dan kmol/jam.
Kapasitas Produksi Perjam =
ton 1 kg 1.000 x jam 24 hari 1 x hari 330 tahun 1 x tahun ton 2000 = 252,5252 jam kg Kemurnian Produk : 96 % Bio-oil sebagai produk ;
= jam kg x 252,5252 % 96 = 242,4242 jam kg
Dari perhitungan alur mundur, untuk menghasilkan 242,4242 kg/jam bio-oil dibutuhkan bahan baku batang jagung halus sebanyak 560,4753 kg/jam. Jumlah batang jagung daur ulang 140,1188 kg/jam. Massa molekul realatif (kg/kmol):
Bio-oil = 60,0333 kg/kmol Lignoselulosa (C10H12O4)10 = 1960 kg/kmol C = 12,0111 kg/kmol CO = 28,0105 kg/kmol CO2 = 44,0147 kg/kmol CH4 = 16,0427 kg/kmol H2 = 2,0016 kg/kmol O2 = 32 kg/kmol N2 = 28,02 kg/kmol H2O = 18,0016 kg/kmol (Perry,1999)
Mol Bio-oil = kmol kg jam kg 0333 , 60 242,4242 = 4,0381 kmol
Komposisi Batang Jagung dalam % massa (Basis:100) - Lignoselulosa = 84%
- Impuritis = 16 % (Hambali, dkk.,2007)
LA.1 Knife cutter (KC-103)
Fungsi: mengecilkan ukuran batang jagung sebelum masuk kedalam vibrating screen (VS-104)
Gambar LA.1 Diagram Alir Unit Persiapan Bahan Baku Persamaan Neraca Massa pada Unit Persiapan Bahan Baku
F1+F4 = F2
Efisiensi pengecilan ukuran batang jagung oleh Knife Cutter = 80%. (Walas, 1988). Dalam knife cutter ini hanya 80% batang jagung yang berhasil dikecilkan menjadi ukuran diameter 1 mm.
Alur masuk
Batang jagung yang harus disuplay setiap jam adalah 700,5941 kg/jam
Didalam knife cutter hanya berhasil dihaluskan 80 % sehingga 20 % lagi akan di recycle kembali dari vibrating screen ke knife cutter.
Batang jagung yang harus disuplai dari penyimpanan: = 700,5941 /
Batang jagung yang direcycle = 700,5941 / = 140,1188 kg/jam
Alur keluar dari knife cutter (alur 3)
= +
= 560,4753 + 140,1188 = 700,5941 kg/jam
Tabel berikut adalah neraca massa pada Unit Persiapan Batang Jagung. Tabel LA.1 Neraca Massa pada Unit Persiapan Bahan Baku
Komponen Masuk (kg/jam) keluar (kg/jam)
alur 1 alur 4 alur 2
Batang jagung 560,4753 140,1188 700,5941
Total 700,5941 700,5941
LA.2 Vibrating Screen (VS-104)
Fungsi: Menyaring batang jagung yang telah dihaluskan oleh Knife Cutter (KC) sampai 1 mm.
Gambar LA.2 Diagram Alir Vibrating Screen (VS-103)
Asumsi efisiensi penyaringan batang jagung pada Vibrating Screen adalah 80% . Dalam vibrating screen akan dipisahkan semua batang jagung yang ukurannya 1 mm dari batang jagung yang ukurannya lebih besar dari 1 mm (Walas, 1988).
Persamaan Neraca Massa pada Vibrating Screen (VS-104) F2 = F3 + F4
= 700,5941 / = / = 140,1188 kg/jam F3 = F2 – F4 = 700,5941 – 140,1188 = 560,4753 kg/jam
Tabel LA.2 Neraca Massa pada Vibrating Screen (VS-104)
Komponen masuk (kg/jam) keluar (kg/jam)
alur 2 alur 3 alur 4
Batang jagung 700,5941 560,4753 140,1188
Total 700,5941 700,5941
LA.3 Reaktor (R-201)
Fungsi: mengurai remah batang jagung (corn stover) dalam proses pemanasan pada suhu 480 oC sehingga terbentuk bio-oil, gas, dan arang.
N2 5
Gambar LA.3 Diagram Alir Reaktor Pyrolisis (R-201) Persamaan Neraca Massa pada Reaktor Pyrolisis (R-201)
F3 + F5 = F7 Reaksi pada Reaktor Pyrolysis (RP)
Massa remah jagung masuk ke raktor sama dengan jumlah remah jagung yang keluar di alur 4 Vibrating Screen sehingga F3 = 560,4753 kg/jam
konversi Lignoselulosa = 100 % (Hambali,2007)
(C10H12O4)10 6,203C6H10O5(l)+ 66,976C(s)+ (6,404CO2 + 3,852CO +4,159CH4+
9,734H2) (g) + 17,136 H2O
(Simulation of Olive Pits Pyrolysis in a Rotary Kiln Plant thermal science, 2011). 480 0C
batang jagung 3 REAKTOR Bio-oil Arang (C) syngas 7
6 15
Alur 3 Massa (C10H12O4)10 = 560,4753 kg/jam Mol (C10H12O4)10 = 560,4753 = 0,2954 kmol/jam Hasil reaksi Alur 7
Mol bio-oil = 4,0381 kmol
Mol C = , x 0,2954 = 19,7847 kmol Mol CO2 = , x 0,2954 = 1,8917 kmol Mol CO = , x 0,2954 = 1,1379 kmol Mol CH4 = 4.159 1 x 0,2954 = 1,2286 kmol Mol H2 = , x 0,2954 = 2,8754 kmol Mol H2O = , x 0,2954 = 5,0620 kmol F7 Bio-oil = 4,0381 x 60,0333 = 242,4242 kg/jam F7 C = 19,7847 x 12,0111 = 237,6360 kg/jam
Komposisi Produk Gas Sintesis (Syngas) serta Berat Molekulnya
Komposisi (% mol) Berat Molekul (kg/kmol)
H2 56,4 2,016 N2 33,1 28,020 CH4 7,1 16,040 H2O 1,7 18,016 CO 1,3 28,010 CO2 0,4 44,010
(Sumber : Subekti, 2005 dan Perry and Green, 1999)
F7 CO2 = 1,8917 x 44,0147 x 0,4% = 0,3330 kg/jam
F7 CO = 1,1379 x 28,0105 x 1,3% = 0,4143 kg/jam F7 CH4 = 1,2286 x 16,0427 x 7,1% = 1,3994 kg/jam
F7 H2 = 2,8754 x 2,0016 x 56,4% = 3,2460 kg/jam
Alur5
Kebutuhan gas N2 sebagai pendorong partikel – partikel yang terdapat pada reaktor
pyrolisis (R-201) 10% dari jagung yang masuk (www//:CO2_Compound.com). F5 =
10% dari jagung yang masuk = 10% x 560,4753 kg/jam = 56,0475 kg/jam F5 = 56,0475 kg/jam x 33,1% = 16,2027 kg/jam Alur 6 2 CO N = 1 2 2 CO kmol x Q Q CO reaktor = 1 2 kkal/jam 5.732,5174 kkal/jam 09 639.294,42 CH kmol x = 1,1152 kmol 2 CO F = 2 CO N x 2 CO BM = 1,1152 kmol x 16,0427 kg/kmol = 17,8908 kg/jam O H N 2 = x kmolH O Q Q O H reaktor 2 1 2 = x1kmolH2O kkal/jam 1 10.549,548 kkal/jam 09 639.294,42 = 1,2715 kmol O H F 2 = NH2Ox BMH2O = 1,2715 kmol x 16,0427 kg/kmol = 20,3982 kg/jam
Alur 15 2 CO N = 1 2 2 CO kmol x Q Q CO reaktor = 1 2 kkal/jam 5.732,5174 kkal/jam 09 639.294,42 CH kmol x = 1,1152 kmol 2 CO F = 2 CO N x 2 CO BM = 1,1152 kmol x 16,0427 kg/kmol = 17,8908 kg/jam O H N 2 = x kmolH O Q Q O H reaktor 2 1 2 = x1kmolH2O kkal/jam 1 10.549,548 kkal/jam 09 639.294,42 = 1,2715 kmol O H F 2 = NH2Ox BMH2O = 1,2715 kmol x 16,0427 kg/kmol = 20,3982 kg/jam
Tabel berikut adalah neraca massa pada Reaktor Pyrolisis (R-201) Tabel LA.3 Neraca Massa pada Reaktor Pyrolisis (R-201)
Komponen Massa Masuk (kg/jam) Massa Keluar (kg/jam)
Alur 3 Alur 5 Alur 6 Alur7 Alur 15
Lignoselulosa Impuritis Bio-oil Arang (C) CO2 CO CH4 H2 H2O N2 470,7993 89,6760 --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- 16,2027 17,8908 20,3982 --- 89,6760 242,4242 237,6360 0,3330 0,4143 1,3994 3,2460 1,5491 --- 17,8908 20,3982 Sub total 560,4753 16,2027 38,2890 576,678 38,2890 Total 614,967 614,967
LA.4 Cyclone (CY-205)
Fungsi : Memisahkan karbon yang masih ada pada gas yang berasal dari Reaktor Pyrolisis
Gambar LA.4 Diagram Alir Cyclone (CY-205) Persamaan Neraca Massa pada Cyclone (CY-205)
F8 = F9 + F10 Alur 9
Asumsi : efisiensi peyisihan karbon aktif = 100% (hasil maksimum). F8 Karbon aktif (C) = F9 Karbon aktif (C) = 237,6360
jam kg Alur 10 F8 Bio-oil = F10 Bio-oil = 242,4242 jam kg F8 CO2 = F10 CO2 = 0,3330 jam kg F8 CO = F10 CO = 0,4143 jam kg F8 CH4 = F10 CH4 = 1,3994 jam kg F8 H2 = F10 H2 = 3,2460 jam kg F8 H2O = F10 H2O = 1,5491 jam kg
Tabel berikut adalah neraca massa pada Cyclone. Tabel LA.4 Neraca Massa pada Cyclone (CY-205)
Komponen Massa Masuk (kg/jam) Massa Keluar (kg/jam)
Alur 8 Alur 9 Alur 10
Bio-oil Arang CO2 CO CH4 H2 H2O 242,4242 237,6360 0,3330 0,4143 1,3994 3,2460 1,5491 --- 237,6360 --- --- --- -- 242,4242 --- 0,3330 0,4143 1,3994 3,2460 1,5491 Sub Total 237,6360 249,3660 Total 487,0020 487,0020
LA.5. Knock Out Drum (KO-208)
Fungsi : memisahkan gas dari cairan bio-oil. Dalam Knock Out Drum ini terjadi pemisahan Gas dan cair secara langsung (Paul, 2000).
Asumsi efisiensi alat : terpisah 100%
Gambar LA.5 Diagram Alir Knock Out Drum (KOD)
Persamaan Neraca Massa Pada Knock Out Drum (KOD) F11 = F12 + F13
Alur 11
Efisiensi Knock Out Drum (KOD) : 100 % F11 Bio-oil = F12 Bio-oil = 242,4242
jam kg
Alur 13 F13 CO2 = F11 CO2 = 0,3330 jam kg F13 CO = F11 CO = 0,4143 jam kg F13 CH4 = F11 CH4 = 1,3994 jam kg F13 H2 = F11 H2 = 3,2460 jam kg
Tabel berikut adalah neraca massa pada Knock Out Drum (KO-208). Tabel LA.5 Neraca Massa pada Knock Out Drum (KO-208)
Komponen Massa Masuk (kg/jam) Massa Keluar (kg/jam)
Alur 11 Alur 12 Alur 13
Bio-oil CO2 CO CH4 H2 H2O 242,4242 0,3330 0,4143 1,3994 3,2460 1,5491 242,4242 --- --- --- --- --- 0,3330 0,4143 1,3994 3,2460 1,5491 Sub Total 242,4242 6,9418 Total 249,3660 249,3660
LAMPIRAN B
PERHITUNGAN NERACA PANAS
Basis perhitungan : 1 jam operasi. Temperatur referensi : 25 oC (298,15 K). Satuan perhitungan : kJ/jam
Tabel LB.1 Kapasitas Panas Gas Komponen Cp (J/mol.K) A b x 10-2 T C x 10-5 T2 d x 10-9 T3 e x 10-12 T5 (J/mol.K) H2 g : 17,6386 l : 58,8663 6,7006 -23,0694 -13,1485 -8.042,1300 105,8830 1.377,7600 -29,1803 0 N2 g : 29,4119 l : 14,7141 -0,3007 220,2570 0,5451 -3.521,4600 5,1319 179,9600 -42,5308 0 CH4 g : 38,3870 l : -7,7071 -7,3664 102,5620 29,0981 -166,5660 -263,8490 19.750,7000 80,0679 0 H2O g : 34,0471 l : 18,2964 -0,9651 47,2118 3,2998 -133,8780 -20,4467 1.314,2400 4,3023 0 CO g : 29,0063 l : 14,9673 0,2492 214,3970 -1,8644 -3.247,0300 47,9892 158,0420 -28,7266 0 CO2 g : 19,0223 l : 11,0417 7,9629 115,9550 -7,3707 -723,1300 37,4572 15.501,9000 -8,1330 0 O2 g : 5,9865 0,0558 0,1400 -1,0938 0,2300 C c : 11,1800 1,0950 -0,4891 0 0
Perry and Green, 1997 (kal/g.oC), untuk S satuan (kal/mol.oC); Stanley, 1989 (J/mol.K); Richard and Rousseau, 1986 (J/mol.K); Reklaitis, 1983 (J/mol.K)
Tabel LB.2 Panas Pembentukan Komponen Hf
0 Panas Laten Temperatur
Hvl () Hm Beku Didih (kkal/mol) (kal/mol) (kal/mol) (oC) (oC) H2 0 1.334,6000 29 -259,04 -252,61 N2 0 5.577,5000 172 -209,86 -195,80 CH4 -17,8900 8.179,5000 225 -182,60 -161,40 H2O g : -57,7960 l : -68,3150 9.729,0000 1.436 0 100,00 CO -26,4200 6.065,3000 200 -207,00 -192,00 CO2 -94,0500 16.560,9000 1.991 -56,60 -78,50 O2 0 -183,00 -218,40 C c : 0 g : 171,2910 10.994 >3.500,00 4.200
Holtz, 1988 (kkal/mol); Richard and Rousseau, 1986 (kkal/mol), Perry and Green, 1997 (kkal/mol)
Tabel LB.3 Kapasitas Panas Estimasi
Tabel LB.3 Kontribusi elemen atom untuk metode Hurst dan Herrison (kkal/kmol.0K)
Gugus Harga (J/mol.0K) Harga (kkal/mol.0K) C H O N S Na K 10,86 7,56 13,42 18,74 12,36 31,4 68,78 2,6009 1,8056 3,2052 4,4758 2,972 7,5 6,8737 Perry and Green, 1997
Data estimasi kapasitas panas (Cp) dalam kkal/kmol.K (Metode Hurst dan Herrison) Cp Lignoselulosa = 189,9126 kkal/kmol.0K
Cp impuritis = 63,3042 kkal/kmol.0K Cp Bio-oil = 49,5874 kkal/kmol.0K
oil Bio Hf0 K ) 298 ( = -196,8300 kkal/mol Selulosa Hf0(298K) = -553,9200 kkal/mol sa Hemiselulo Hf0(298K) = -224,4675 kkal/mol Impuritis 0 ) 298 ( K f H = -280,1946 kkal/mol 1 kkal = 4,184 kj (Geankoplis,1993)
LB.1 Reaktor Pyrolisis (R-201) dan Combuster (E-203)
Gambar LB.1 Combuster (E-203)
Kapasitas panas masuk (298 K sampai 753 K)
dT CpC . 753 298 ) 0 (
=
2 298 753 10 . / 2492 , 0 298 753 . / 0063 , 29 2 2 2 x K mol J K mol J 9 3 3 5 47,9892 / . 10 3 298 753 10 . / 8644 , 1 J molKx J molKx 5 298 753 10 . / 7266 , 28 4 298 753 12 5 5 4 4 x K mol J = 13.689,9057 j/mol = 13.689,9057 kj/kmol x kj kkal 184 , 4 1 = 3.271,9660 kkal/kmol Combuster (6) CO2 H2O (14) Udara (13) CO CO2 CH4 H2 H2OdT CpC . 753 298 ) 0 ( 2
=
2 298 753 10 . / 9629 , 7 298 753 . / 0223 , 19 2 2 2 x K mol J K mol J 9 3 3 5 10 . / 4572 , 37 3 298 753 10 . / 3707 , 7 J molKx J molK x 5 298 753 10 . / 1330 , 8 4 298 753 5 5 12 4 4 x K mol J = 20.401,7054 j/mol = 20.401,7054 kj/kmol x kj kkal 184 , 4 1 = 4.876,1246 kkal/kmol dT CpCH . 753 298 ) ( 4
=
2 298 753 10 . / 3664 , 7 298 753 . / 387 , 38 2 2 2 x K mol J K mol J 9 3 3 5 10 . / 849 , 263 3 298 753 10 . / 0981 , 29 J molKx J molKx 5 298 753 10 . / 0679 , 80 4 298 753 12 5 5 4 4 x K mol J = 21.850,6921 j/mol = 21.850,6921 kj/kmol x kj kkal 184 , 4 1 = 5.222,4407 kkal/kmol dT CpH . 753 298 ) ( 2
=
2 298 753 10 . / 7006 , 6 298 753 . / 6386 , 17 2 2 2 x K mol J K mol J 9 3 3 5 10 . / 8830 , 105 3 298 753 10 . / 1485 , 13 J molKx J molKx 5 298 753 10 . / 1803 , 29 4 298 753 12 5 5 4 4 x K mol J = 13.396,3151 j/mol= 13.396,3151 kj/kmol x kj kkal 184 , 4 1 = 3.201,7961 kkal/kmol Neraca panas komponen
CO dT Cp x N HCO CO CO. 753 298 13 13
=
753 298 ) ( 13 .dT Cp x BM F CO CO CO = kkal/kmol 3.271,9660 kg/kmol 28,0105 kg/jam 62,8219 x = 7338,3596 kkal/jam CO2 dT Cp x N HCO CO CO . 303 298 13 13 2 2 2
=
303 298 ) ( 13 . 2 2 2 dT Cp x BM F CO CO CO = 44,5089kkal/kmol kg/kmol 44,0147 kg/jam 57,8986 x = 58,5487 kkal/jam CH4 dT Cp x N HCH CH CH . 753 298 13 13 4 4 4
=
753 298 ) ( 13 . 4 4 4 dT Cp x BM F CH CH CH = 5.222,4407kkal/kmol kg/kmol 16,0427 kg/jam 35,9806 x= 11.712,9006 kkal/jam H2 dT Cp x N HH H H . 753 298 13 13 2 2 2
=
753 298 ) ( 13 . 2 2 2 dT Cp x BM F H H H = 3.201,7961kkal/kmol kg/kmol 2,0016 kg/jam 1,4964 x = 2.393,6689 kkal/jamKapasitas panas CH4 (298 K sampai 303 K) dT CpCH . 303 298 ) ( 4
=
2 298 303 10 . / 3664 , 7 298 303 . / 387 , 38 2 2 2 x K mol J K mol J 9 3 3 5 10 . / 849 , 263 3 298 303 10 . / 0981 , 29 J molKx J molK x 5 298 303 10 . / 0679 , 80 4 298 303 12 5 5 4 4 x K mol J = 180,1005 j/mol = 180,1005 kj/kmol x kj kkal 184 , 4 1 = 43,0451 kkal/kmolKapasitas panas udara (O2 & N2) (298 K sampai 303 K) dT CpO . 303 298 ) ( 2
=
2 298 303 10 . / 0558 , 0 298 303 . / 9865 , 5 2 2 2 x K mol J K mol J 9 3 3 5 1,0938 / . 10 3 298 303 10 . / 14 , 0 J molKx J molKx 5 298 303 10 . / 23 , 0 4 298 303 12 5 5 4 4 x K mol J= 31,2640 j/mol = 31,2640 kj/kmol x kj kkal 184 , 4 1 = 7,4723 kkal/kmol dT CpN . 303 298 ) ( 2
=
2 298 303 10 . / 3007 , 0 298 303 . / 4119 , 29 2 2 2 x K mol J K mol J 9 3 3 5 5,1319 / . 10 3 298 303 10 . / 5451 , 0 J molKx J molK x 5 298 303 10 . / 425308 4 298 303 12 5 5 4 4 x K mol J = 143,9647 j/mol = 143,9647 kj/kmol x kj kkal 184 , 4 1 = 34,4084 kkal/kmolKapasitas panas hasil pembakaran (298 K sampai 823 K) dT CpO . 823 298 ) ( 2
=
2 298 823 10 . / 0558 , 0 298 823 . / 9865 , 5 2 2 2 x K mol J K mol J 9 3 3 5 10 . / 0938 , 1 3 298 823 10 . / 14 , 0 J molKx J molKx 5 298 823 10 . / 23 , 0 4 298 823 12 5 5 4 4 x K mol J = 3.448,8655 j/mol = 3.448,8655 kj/kmol x kj kkal 184 , 4 1 = 824,2986 kkal/kmoldT CpN . 823 298 ) ( 2
=
2 298 823 10 . / 3007 , 0 298 823 . / 4119 , 29 2 2 2 x K mol J K mol J 9 3 3 5 10 . / 1319 , 5 3 298 823 10 . / 5451 , 0 J molKx J molK x 5 298 823 10 . / 425308 4 298 823 5 5 12 4 4 x K mol J = 12.907,9728 j/mol = 12.907,9728 kj/kmol x kj kkal 184 , 4 1 = 3.085,0795 kkal/kmol dT CpC . 823 298 ) 0 ( 2
=
2 298 823 10 . / 9629 , 7 298 823 . / 0223 , 19 2 2 2 x K mol J K mol J 9 3 3 5 10 . / 4572 , 37 3 298 823 10 . / 3707 , 7 J molKx J molKx 5 298 823 10 . / 1330 , 8 4 298 823 12 5 5 4 4 x K mol J = 23.984,8527 j/mol = 23.984,8527 kj/kmol x kj kkal 184 , 4 1 = 5.732,5174 kkal/kmol dT Cp dT Cp dT CpHO . HO . HO HO . 823 373 ) ( ) ( 373 298 ) ( 823 298 ) ( 2
2 2
2
O H2 = 9,729 kkal/kmol dT CpHO . 373 298 ) ( 2
=
2 298 373 10 . / 2118 , 47 298 373 . / 2964 , 18 2 2 2 x K mol J K mol J9 3 3 5 10 . / 24 , 314 . 1 3 298 373 10 . / 8780 , 133 J molKx J molKx 0 4 298 3734 4 = 5.671,6493 j/mol = 5.671,6493 kj/kmol x kj kkal 184 , 4 1 = 1.355,5567 kkal/kmol dT CpHO. 823 373 ) ( 2
= 9 3 3 5 20,4467 / . 10 3 298 823 10 . / 2998 , 3 J molKx J molK x 5 298 823 10 . / 3023 , 4 4 298 823 12 5 5 4 4 x K mol J = 16.357,2991 j/mol = 16.357,2991 kj/kmol x kj kkal 184 , 4 1 = 3.909,4883 kkal/kmol dT CpHO . 823 298 ) ( 2
= 1.355,5567 kkal/kmol + 9,729 kkal/kmol + 3.909,4883 kkal/kmol = 5,274,7740 kkal/kmol Reaksi pembakaran CH4 : O H CO O CH42 2 22 2Udara yang dibutuhkan untuk membakar 1 kmol CH4 (udara 20 % berlebih)
mol O2 = (kmol CH4 + (20% kmol CH4)) x τ O2
= (1 + 0,2) x 2 = 2,4 kmol Mol N2 = x2,4kmol 21 79
2 373 823 10 . / 9651 , 0 373 823 . / 0471 , 34 2 2 2 x K mol J K mol J= 9,0286 kmol ) 298 ( Hr =
0( ) 0( )
0( ) 0( )
2 4 2 2 . . . .Hf CO Hf HO Hf CH Hf O = (-94,0500 + 2 x (-68,3150) – (-17,8900) – 2 x 0) kkal/mol = -212,7900 kkal/mol x kmol mol 1 1000 = -212.790 kkal/kmol r.Hr(298) = ( 4) (298) Hr x N CH = ) 1 ( 1 x (-212.790 kkal/kmol) = -212.790 kkal/kmol ΔH reaktan N x
CP dT HCH CH CH . 303 298 ) ( 14 14 4 4 4 = 1 kmol/jam x 43,0451 kkal/kmol = 43,0451 kkal/jam N x
Cp dT HO O O . 303 298 ) ( 2 2 2 = 2,4 kmol/jam x 7,4723 kkal/kmol = 17,9334 kkal/jam N x
Cp dT HN N N . 303 298 ) ( 2 2 2 = 9,0286 kmol/jam x 34,4084 kkal/kmol = 310,6587 kkal/jamΔH produk (kmol O2 : 0,4; kmol :CO2 : 1; kmol N2 : 9,0286; kmol H2O : 2)
N x
Cp dT HO O O . 823 298 ) ( 2 2 2 = 0,4 kmol/jam x 824,2986 kkal/kmol = 329,7195 kkal/jam N x
Cp dT HN N N . 823 298 ) ( 2 2 2= 9,0286 kmol/jam x 3.085,0795 kkal/kmol = 27.853,8610 kkal/jam N x
CP dT HCO CO CO . 823 298 ) ( 2 2 2 = 1 kmol/jam x 5.732,5174 kkal/kmol = 5.732,5174 kkal/jam N x
Cp dT HHO HO HO . 823 298 ) ( 2 2 2 = 2 kmol/jam x 5,274,7740 kkal/kmol = 10.549,5481 kkal/jamPanas yang dihasilkan dari pembakaran 1 kmol CH4
4 CH Q = r.Hr(298) + ΔH produk - ΔH reaktan = (-212.790 + 329,7195 + 27.853,8610 + 5.732,5174 + 10.549,5481 - 43,0451 - 17,9334 - 310,6587) kkal/jam = 168.695,9913 kkal/jam Jumlah Bahan Bakar yang dibutuhkan
14 4 CH N = 1 4 4 CH kmol x Q Q CH reaktor = 1 4 kkal/jam 13 168.695,99 kkal/jam 09 639.294,42 CH kmol x = 3,7896 kmol 14 4 CH F = 14 4 CH N x 4 CH BM = 3,7896 kmol x 16,0427 kg/kmol = 60,7958 kg/jam
Tabel LB.4 Neraca panas pada Combuster
Komponen
Neraca Panas Masuk (kkal/jam) Neraca Panas Keluar (kkal/jam) Alur (6) Alur (13) Alur (14) CO 1.255,1595 CO2 65,8633 3.732,5174 CH4 43,0451 H2 4.176,2074 H2O 2.692,6375 10.549,5481 N2 310,6587 27.853,8610 O2 17,9334 329,7195 Panas yang dihasilkan 32.695,9913 - 40.926,913 Total 40.926,913 LB.2 Reaktor Pyrolisis (R)
Kapasitas panas alur 3 (298 K sampai 303 K) dT Cplignoselulosa. 303 298 ) (
= Cpselulosax
303298K
= 99,3748 kkal/kmol.0K x (303 – 298) K = 496,8740 kkal/kmol dT Cp puritis. 303 298 ) (Im
= Cpimpuritisx
303298
K = 63,3042 kkal/kmol.0K x (303 – 298) K = 316,5210 kkal/kmolKapasitas panas alur 6 (298 K sampai 303 K) dT CpCO . 303 298 ) ( 2
=
2 298 303 10 . / 9629 , 7 298 303 . / 0223 , 19 2 2 2 x K mol J K mol J 9 3 3 5 10 . / 4572 , 37 3 298 303 10 . / 3707 , 7 J molKx J molKx 5 298 303 10 . / 1330 , 8 4 298 303 12 5 5 4 4 x K mol J = 186,2253 J/mol = 186,2253 kj/kmol x kj kkal 184 , 4 1 = 44,5089 kkal/kmolKapasitas panas alur 7 (298 K sampai 753 K)
dT CpBio oil . 753 298 ) (
= CpBiooil x
753298
K = 49,5874 kkal/kmol.0K x (753 – 298) K = 22.607,7670 kkal/kmol dT CpC . 753 298 ) (
= J molK
K J molKx K 2 298 753 10 . / 095 , 1 298 753 . / 18 , 11 2 2 2 0 0 3 298 753 10 . / 4891 , 0 3 3 5 J molKx K= 7.052,1334 j/mol = 7.052,1334 kj/kmol x kj kkal 184 , 4 1 = 1.685,5003 kkal/kmol
Neraca panas komponen
Lignoselulosa
dT Cp
x N
Hlignoselulosa lignoselulosa lignoselulosa. 303 298 ) ( 3 3
=
303 298 ) ( 3 .dT Cp x BM F lignin lignin lignin = 496,8740 kkal/kmol kg/kmol 1960 / 1067 , 553 x jam kg = 140,2165 kkal/jam Impuritis dT Cp x NHimpuritis impuritis impuritis. 303 298 ) ( 3 3
=
303 298 ) ( 3 .dT Cp x BM F impuritis impuritis impuritis = 316,5210kkal/kmol kg/kmol 133,5613 / 6377 , 92 x jam kg = 219,5379 kkal/jam Bio-oil dT Cp x NHBio oil Bio oil Bio oil. 753 298 7 7
=
753 298 ) ( 7 .dT Cp x BM F oil Bio oil Bio oil Bio = 22.607,7670kkal/kmol kg/kmol 60,0333 kg/jam 242,4242 x = 33.803,1310 kkal/jam Arang (C) dT Cp x N HC C C. 753 298 10 10
=
753 298 ) ( 10 .dT Cp x BM F C C C = 1.685,5003kkal/kmol kg/kmol 12,0111 kg/jam 44,8975 x = 6.300,4013 kkal/jam dT Cp x N HCO CO CO . 753 298 7 7 2 2 2
=
753 298 ) ( 7 . 2 2 2 dT Cp x BM F CO CO CO = 4.876,1246kkal/kmol kg/kmol 44,0147 kg/jam 156,6147 x = 17.350,4032 kkal/jamPanas pembentukan pada temperatur 298 K (referensi) Reaksi Umum: 0 ) ( 0 ) ( 0 ) ( 0 ) ( 0 ) ( 0 ) ( 0 ) ( ) 298
( .Hf bio oil .Hf C .Hf CO2 .Hf CO .Hf CH4 .Hf H2 .Hf Lignoselulosa
Hr ) 298 ( Hr = 2 x (-196,8300 kkal/mol) + 5 x 0 + 3 x (-26,4200 kkal/mol) + 3x(-94,0500 kkal/mol) + 3 x (-17,8900 kkal/mol) + 0 + (-1) x (-553,9200 kkal/mol +
(C10H12O4)10 480 0C 6,203C6H10O5(l)+ 66,976C(s)+ (6,404CO2 + 3,852CO +4,159CH4+
-224,4675 kkal/mol + -280,1946 kkal/mol) = 249,8421 kkal/mol x kmol mol 1 1000 = 249.842,1 kkal/kmol
r.Hr(298) = Qreaksi =N(Lignoselulosa) xHr(298)
= (298) 3 3 3 Hr x BM F BM F BM F lignin lignin sa hemiselulo sa hemiselulo selulosa selulosa = ) 1 ( kg/kmol 194,1443 / 145,1423 kg/kmol 132,1163 / 98,7701 kg/kmol 324,2852 / 242,4242 kg jam kg jam jam kg kkal/kmol 249.842,1 x = 560.337,0076 kkal/jam Qproduk = ΔH = 78.957,4133 kkal/jam
Qout = Qreaksi + Qproduk
= 560.337,0076 + 78.957,4133 = 639.294,4209 kkal/jam
Panas reaksi yang terjadi secara keseluruhan (Qreaktor) :
ΔQ QoutQin
ΔQreaktor = 560.337,0076 + 33.803,1310 + 6.300,4013 + 7.338,3596 + 58,5487 + 17.350,4032 + 11.712,9006 + 2.393,6689
Tabel LB.4 Neraca panas pada Reaktor Pirolisis
Komponen
Neraca Panas Masuk (kkal/jam) Neraca Panas Keluar (kkal/jam)
Alur (3) Alur (5) Alur (6) Alur (7) Alur (15)
osa Lignoselul (C10H12O4)10 387,1841 CO CO2 3.732,5174 65,8633 3.732,5174 CH4 43,0451 H2 4.176,2074 H2O 10.549,5481 2.692,6375 10.549,5481 N2 21,5586 27.853,8610 27.853,8610 27.853,8610 O2 329,7195 329,7195 329,7195
Panas yang dihasilkan 711.034,5701
712.080,1185 712.080,1185
Total
LB.3 Cooler (E-204)
Gambar LB.2 Cooler Neraca Panas Total
Q H
H8 7
dT CpBio oil. 468 298 ) (
= CpBiooil x
468298
K = 49,5874 kkal/kmol.0K x (468 – 298) K = 8.446,8580 kkal/kmol dT CpC . 468 298 ) (
= J molK
K J molKx K 2 298 468 10 . / 095 , 1 298 468 . / 18 , 11 2 2 2 0 0 3 298 468 10 . / 4891 , 0 3 3 5 J molKx K = 2.489,5845 j/mol = 2.489,5845 kj/kmol x kj kkal 184 , 4 1 = 595,0250 kkal/kmol dT CpC . 468 298 ) 0 (
=
2 298 468 10 . / 2492 , 0 298 468 . / 0063 , 29 2 2 2 x K mol J K mol J 9 3 3 5 10 . / 9892 , 47 3 298 468 10 . / 8644 , 1 J molKx J molKx 5 298 468 10 . / 7266 , 28 4 298 468 12 5 5 4 4 x K mol J = 4.986,1959 j/mol = 4.986,1959 kj/kmol x kj kkal 184 , 4 1 = 1.191,7294 kkal/kmol dT CpC . 468 298 ) 0 ( 2
=
2 298 468 10 . / 9629 , 7 298 468 . / 0223 , 19 2 2 2 x K mol J K mol J 9 3 3 5 10 . / 4572 , 37 3 298 468 10 . / 3707 , 7 J molKx J molKx 5 298 468 10 . / 1330 , 8 4 298 468 12 5 5 4 4 x K mol J = 6.892,8930 j/mol= 6.892,8930 kj/kmol x kj kkal 184 , 4 1 = 1.647,4410 kkal/kmol dT CpCH . 468 298 ) ( 4
=
2 298 468 10 . / 3664 , 7 298 468 . / 387 , 38 2 2 2 x K mol J K mol J 9 3 3 5 263,849 / . 10 3 298 468 10 . / 0981 , 29 J molKx J molKx 5 298 468 10 . / 0679 , 80 4 298 468 12 5 5 4 4 x K mol J = 6.782,6523 j/mol = 6.782,6523 kj/kmol x kj kkal 184 , 4 1 = 1.621,0928 kkal/kmol dT CpH . 468 298 ) ( 2
=
2 298 468 10 . / 7006 , 6 298 468 . / 6386 , 17 2 2 2 x K mol J K mol J 9 3 3 5 10 . / 8830 , 105 3 298 468 10 . / 1485 , 13 J molKx J molKx 5 298 468 10 . / 1803 , 29 4 298 468 5 5 12 4 4 x K mol J = 4.972,4133 j/mol = 4.972,4133 kj/kmol x kj kkal 184 , 4 1 = 1.188,4353 kkal/kmolNeraca panas komponen
Bio-oil
dT Cp
x N
HBio oil Bio oil Bio oil. 468 298 8 8
=
468 298 ) ( 8 .dT Cp x BM F oil Bio oil Bio oil Bio = 8.446,8580kkal/kmol kg/kmol 162,1426 kg/jam 242,4356 x = 12.629,7413 kkal/jam Karbon Aktif (C) dT Cp x N HC C C. 468 298 8 8
=
468 298 ) ( 8 .dT Cp x BM F C C C = 595,0250kkal/kmol kg/kmol 12,0111 kg/jam 44,8975 x = 2.224,2039 kkal/jam CO dT Cp x N HCO CO CO. 468 298 8 8
=
458 298 ) ( 8 .dT Cp x BM F CO CO CO = 1.191,7294kkal/kmol kg/kmol 28,0105 kg/jam 62,8219 x = 2.672,8086 kkal/jam CO2 dT Cp x N HCO CO CO . 468 298 8 8 2 2 2
=
468 298 ) ( 8 . 2 2 2 dT Cp x BM F CO CO CO = 1.647,4410kkal/kmol kg/kmol 44,0147 kg/jam 98,7162 x = 3.694,8818 kkal/jam CH4 dT Cp x N HCH CH CH . 468 298 8 8 4 4 4
=
468 298 ) ( 8 . 4 4 4 dT Cp x BM F CH CH CH = 1.621,0928kkal/kmol kg/kmol 16,0427 kg/jam 35,9806 x = 3.635,7902 kkal/jam H2 dT Cp x N HH H H . 468 298 8 8 2 2 2
=
468 298 ) ( 8 . 2 2 2 dT Cp x BM F H H H = 1.188,4353kkal/kmol kg/kmol 2,0016 kg/jam 1,4964 x = 888,4765 kkal/jamPanas yang harus diserap oleh air pendingin : 7 8 H H Q Q = (12.629,7413 + 2.224,2039 + 2.672,8086 + 3.694,8818 + 3.635,7902 + 888,4765 - 33.803,1310 - 6.300,4013 – 7.338,3596 - 17.350,4032 - 11.712,9006 - 2.393,6689 ) kkal/jam
= -53.152,9623 kkal/jam ( “–“ artinya pengeluaran panas ke air pendingin) Jumlah air pendingin yang dibutuhkan :
N
dT Q Cp . K 333 K 303 O) (H 7 O H2 2 x
dT BM F Q O H O H . Cp K 333 K 303 O) (H 7 2 2 2 dT CpHO. 333 303 ) ( 2
=
2 303 333 10 . / 2118 , 47 303 333 . / 2964 , 18 2 2 2 x K mol J K mol J9 3 3 5 10 . / 24 , 314 . 1 3 303 333 10 . / 878 , 133 J molKx J molKx 0 4 303 3334 4 = 2.256,1003 j/mol = 2.256,1003 kj/kmol x kj kkal 184 , 4 1 = 539,9379 kkal/kmol 53.152,9623 kkal/jam = kmol kg FHO / 016 , 18 8 2 x 539,9379 kkal/kmol 7 2O H F = 1.672,2946 kg/jam
Tabel LB.5 Panas Pada Cooler
LB.3 Condenser (E-207)
Gambar LB.3 Condenser Neraca Panas Total
Q H H11 10
Kapasitas panas alur 11 (298 K sampai 303 K)
Senyawa Panas Masuk (Kkal/jam) Panas Keluar (Kkal/jam)
Alur 7 Alur 8
Umpan 78.898,8646
Produk - 25.745,9023
Air Pendingin - 53.152,9623 -
dT CpBio oil . 303 298 ) (
= CpBiooilx
303298
K = 49,5874 kkal/kmol.0K x (303 – 298) K = 248,4370 kkal/kmol dT CpC . 303 298 ) 0 (
=
2 298 303 10 . / 2492 , 0 298 303 . / 0063 , 29 2 2 2 x K mol J K mol J 9 3 3 5 10 . / 9892 , 47 3 298 303 10 . / 8644 , 1 J molKx J molKx 5 298 303 10 . / 7266 , 28 4 298 303 12 5 5 4 4 x K mol J = 145,6978 j/mol = 145,6978 kj/kmol x kj kkal 184 , 4 1 = 34,8226 kkal/kmol dT CpC . 303 298 ) 0 ( 2
=
2 298 303 10 . / 9629 , 7 298 303 . / 0223 , 19 2 2 2 x K mol J K mol J 9 3 3 5 10 . / 4572 , 37 3 298 303 10 . / 3707 , 7 J molKx J molKx 5 298 303 10 . / 1330 , 8 4 298 303 12 5 5 4 4 x K mol J = 186,2253 j/mol = 186,2253 kj/kmol x kj kkal 184 , 4 1 = 44,5089 kkal/kmol dT CpCH . 303 298 ) ( 4
=
2 298 303 10 . / 3664 , 7 298 303 . / 387 , 38 2 2 2 x K mol J K mol J 9 3 3 5 10 . / 849 , 263 3 298 303 10 . / 0981 , 29 J molKx J molK x 5 298 303 10 . / 0679 , 80 4 298 303 12 5 5 4 4 x K mol J = 180,1005 j/mol = 180,1005 kj/kmol x kj kkal 184 , 4 1 = 43,0451 kkal/kmol dT CpH . 303 298 ) ( 2
=
2 298 303 10 . / 7006 , 6 298 303 . / 6386 , 17 2 2 2 x K mol J K mol J 9 3 3 5 10 . / 8830 , 105 3 298 303 10 . / 1485 , 13 J molKx J molKx 5 298 303 10 . / 1803 , 29 4 298 303 12 5 5 4 4 x K mol J = 142,6794 j/mol = 142,6794 kj/kmol x kj kkal 184 , 4 1 = 34,1012 kkal/kmol Neraca panas komponen Bio-oil
HBio oil NBio oilx CpBio oil.dT
303 298 11 11
=
303 298 ) ( 11 .dT Cp x BM F oil Bio oil Bio oil Bio = 248,4370kkal/kmol kg/kmol 162,1426 kg/jam 242,4356 x = 371,4629 kkal/jam CO HCO NCO x CpCO.dT 303 298 11 11
=
303 298 ) ( 11 .dT Cp x BM F CO CO CO = 34,8226kkal/kmol kg/kmol 28,0105 kg/jam 62,8219 x = 78,1001 kkal/jam CO2 HCO NCO x CpCO .dT 303 298 11 11 2 2 2
=
303 298 ) ( 11 . 2 2 2 dT Cp x BM F CO CO CO = 44,5089kkal/kmol kg/kmol 44,0147 kg/jam 98,7162 x = 99,8246 kkal/jam CH4 HCH NCH x CpCH .dT 303 298 11 11 4 4 4
=
303 298 ) ( 11 . 4 4 4 dT Cp x BM F CH CH CH = 43,0451kkal/kmol kg/kmol 16,0427 kg/jam 35,9806 x = 96,5416 kkal/jam H2 HH NH x CpH .dT 303 298 11 11 2 2 2
=
303 298 ) ( 11 . 2 2 2 dT Cp x BM F H H H = 34,1012kkal/kmol kg/kmol 2,0016 kg/jam 1,4964 x= 25,4941 kkal/jam
Panas yang harus diserap oleh air pendingin : 10 11 H H Q Q = (371,4629 + 78,1001 + 99,8246 + 96,5416 + 25,4941 - 12.629,7413 - 3.694,8818 - 2.672,8086 - 3.635,7902 - 888,4765) kkal/jam
= -22.850,2751 kkal/jam ( “–“ artinya pengeluaran panas ke air pendingin) Jumlah air pendingin yang dibutuhkan :
N
dT Q Cp . K 333 K 303 O) (H O H2 2 x
dT BM F Q O H O H . Cp K 333 K 303 O) (H2 2 2 dT CpHO. 333 303 ) ( 2
=
2 303 333 10 . / 2118 , 47 303 333 . / 2964 , 18 2 2 2 x K mol J K mol J 9 3 3 5 10 . / 24 , 314 . 1 3 303 333 10 . / 878 , 133 J molKx J molKx 0 4 303 3334 4 = 2.256,1003 j/mol = 2.256,1003 kj/kmol x kj kkal 184 , 4 1 = 539,9379 kkal/kmol 22.850,2751 kkal/jam = kmol kg FHO / 016 , 18 2 x 539,9379 kkal/kmol O H F 2 = 818,2511 kg/jamTabel LB.6 Panas Pada Condenser (E-207)
Senyawa Panas Masuk (Kkal/jam) Panas Keluar (Kkal/jam)
Alur 10 Alur 11
Umpan 23.521,6984 -
Produk - 671,4233
Air Pendingin -22.850,2751 -
LAMPIRAN C
PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN
LC. 1 Gudang (G)
Fungsi : Tempat penyimpanan batang jagung. Jenis : Bak persegi panjang dengan tutup. Bahan konstruksi : Beton bata dengan lantai semen. Jumlah : 4 unit.
Menghitung Ukuran Gudang (G)
Laju alir massa, F = 560,4753 kg/jam
Densitas batang jagung, = 700 kg/m3 (Anonim, 2007) Lama penampungan = 1 bulan
Kebutuhan batang jagung (m) =
hari jam x bulan hari x bulan x jam kg 1 24 1 30 1 560,4753 = 416.869,704 kg Volume batang jagung (VBj) =
m = 3 / 700 4 416.869,70 m kg kg = 595,5281 m3
Faktor kelonggaran, fk = 20 %, maka (Perry, 1999)
Volume ruang (V) = (1 + fk) x VBj
= (1 + 0,2) x 595,5281 m3 = 893,2921 m3
Direncanakan gudang dibuat 4 unit, maka VG :
VG = 4 m 893,2921 3 = 223,3230 m3 Dimensi ruang z = Panjang = 2,5 h l = Lebar = 2 h sehingga,
VG = z x l x h = 2,5 h x2 h xh = 5 h3 h = 3 5 G V = 3 3 5 223,3230 m = 3,5480 m maka, z = 2,5 h = 2,5 x 3,5480 m = 8,87 m l = 2 h = 2 x 3,5480 m = 7,096 m
Sehingga, ukuran gudang sebagai berikut : z = Panjang = 8,87 m
l = Lebar = 7,096 m h = Tinggi = 3,5480 m
LC.2 Bak Penampungan (BK-101)
Fungsi : Tempat batang jagung sebelum masuk ke Knife Cutter (KC). Jenis : Bak dengan dengan lantai semen
Konstruksi : Beton bata kedap air Jumlah : 1 Unit
Menghitung Ukuran Bak
Laju alir massa (F) = 560,4753 kg/jam
Densitas ampas tebu ( 700 kg/m3 ( Anonoim, 2007 ) Lama Penampungan = 24 Jam
Faktor keamanan (fk) = 20 % ( Perry, 1997 )
Sehingga
= 13.895,6568 kg Volume bak (Vb) W f ). (1 k 3 kg/m 700 kg) 68 (13.895,65 0,2) (1 = 23,8211 m3 Dimensi bak Diambil :
Panjang bak (P) 5 x tinggibak (t) Lebar bak (L) 4 x tinggibak (t) Maka: V P . L. t V (5t)(4t)(t) V 20t3 t 3 20 V 3 3 20 m 23,8211 = 1,0600
Sehingga, dari ukuran tinggi bak (t) di dapat dimensi lainnya sebagai berikut: P = 5 t = 5 1,0600 m = 5,3 m L = 4 t = 4 1,0600 m = 4,24 m
LC.3 Bucket Elevator (BE – 102)
Fungsi : Sebagai alat untuk mengangkut batang jagung dari bak batang jagung ke Knife Cutter (KC)
Jenis : Vertical transport Bahan konstruksi : Carbon Steel Kondisi Operasi : 30 oC ; 1 atm Laju alir bahan baku : 560,4753 kg/jam Jumlah alat : 1 (satu) buah Faktor kelonggaran : 20 %
Kapasitas alat =
10,2
x560,4753 kg/ jam = 694,7828 kg/jam = 0,695 ton/jam Dari Tabel 21 – 7 Perry, 1999, untuk kapasitas 0,695 ton/jam diperoleh : Kecepatan Belt = 200 ft/menitLebar Belt = 14 ft = 4,2672 m Panjang Belt = 20 ft = 6,096 m Tinggi Belt = L. Sin. ά
= 20 Sin 20 = 6,84 ft
Power Bucket Elevator = V (L.0,0025 + H. 0,001) C
Power Bucket Elevator = 14,3772 ( 20 x 0,0025 + 6,84 x 0,001) 2,5 = 2,04 Hp Efisiensi Motor = 80 % Hp motor = 2,04/0,8 = 2,5 Hp Dimana : V = Kapasitas belt L = Panjang belt H = Tinggi belt C = Material faktor ( 2,5)
LC.4 Knife Cutter (KC-103)
Fungsi : Mengecilkan ukuran batang jagung sebelum masuk kedalam Vibrating screen.
Jenis : Rotary knife Bahan konstruksi : Baja karbon Jumlah : 1 Unit
Asumsi diameter awal umpan (batang jagung) = 100 mm = 100.000 m Diameter akhir setelah proses = 1 mm = 1000 m
Dari persamaan 12.3 (Walas, 1988) ) / 1 / 1 ( 10Wi d di W
Dimana : di = diameter awal umpan
d = diameter akhir umpan Wi = tegangan dari material
Berdasarkan tabel 12.2 dipilih untuk semua material
Wi = 13,81 (Walas, 1988) Maka ) 000 . 100 1 100 1 ( 81 , 13 10 x W = 138,1 Kw x 0,0968 Hp/Kw = 13,3733 Hp. = 14 Hp LC.5 Vibrating Screen (VS-104)
Fungsi : Menyaring batang jagung yang telah dihaluskan oleh Knife Cutter (KC) sampai 1 mm.
Jenis : Heavy duty vibrating screen. Bahan screen : High alloy steel SA 240 (304). Bahan konstruksi : Carbon steel SA 285 (C) Jumlah : 1 unit.
Screen (VS)Menentukan Ukuran Vibrating
Laju alir massa batang jagung (FBj3) = 0,5605 ton/jam
Faktor kelonggaran (fk) = 20 % (Perry and Green, 1997)
Kapasitas (K) = FBj3 (1 + fk)
= 0,5605 ton/jam (1 + 0,2) = 0,6947 ton/jam
Diamater lubang ayakan (z) untuk partikel 1 mm.
z = 0,0040 in (Perry and Green, 1997)
= 0,0040 in x 0,0833 ft/in = 0,0003 ft
Kapasitas standart Vibrating Screen (VS), s = 6 ton/ft3 (Perry and Green, 1997) Luas ayakan (A) =
s z K x = ) ton/ft (6 ft) 0003 , 0 ( ton/jam 0,6947 3 = 385,9444 ft2 x 0,0929 m2/ft2 = 35,8542 m2
Didisain, perbandingan dari panjang ayakan (P) : lebar ayakan (L) = 2 : 1 Lebar ayakan (L) = 2 1 2 / A = 2 / 1 2 2 m 35,8542 = 4,2340 m Panjang ayakan (P) = 2 L = 2 x 4,2340 m = 8,4680 m LC.6 Belt Conveyor (BC-105)
Fungsi : Transportasi batang jagung ke dalam reactor pyrolisis (R-201). Jenis : Rotary Vane Feeder
Bahan konstruksi : Carbon Steel Jumlah : 1unit
Bahan masuk (batang jagung) = 560,4753 kg/jam x kg lb 1 2046 , 2 = 1.276,4319 lb/jam
Densitas batang jagung = 700 kg/m3 x 3 3 / 0185 , 16 / 1 m kg ft lb = 43,6995 lb/ft3
Direncanakan dalam 1 proses cukup ditempuh 1/12 jam kerja (5 menit) Panjang screw conveyor diperkirakan = 5 m = 16,4040 ft
jam ft x
conveyer volumetrik
Laju jamkerja 701,0232 /
12 / 1 2 ft 43,6995lb/ lb/jam 1.276,4319 3 3 = 11,6837 ft3/menit Daya = 000 . 33 CxLxWxF
Dimana : C = kapasitas conveyor (ft3/menit) L = panjang conveyor (ft)
W = berat material (lb/ft3) = 40 lb/ft3 (Walas, 1988) F = Faktor material = 2 (Walas, 1988) Daya = ft menit x ft x lb ft x 0,4646 Hp 000 . 33 2 / 40 4040 , 16 / 11,6837 3 3
LC.7 Tangki Fluidizing Gas (TK-303)
Fungsi : Menyimpan fluidizing gas sebelum diumpankan ke Reaktor Pyrolisis (R-201).
Desain : Berupa bejana (tangki) horizontal dengan tutup dan alas berbentuk segmen elips (ellipsoidal dished head).
Bahan konstruksi : Carbon steel SA 285 (A). Jumlah : 1 unit.
Menentukan Volume Tangki Fluidizing Gas (TK-303) Laju alir massa, F8 = 16,2027 kg/jam
Lama penampungan = 1 jam
Kapasitas tangki (W) = x jam jam
kg
1 16,2027 = 16,2027 kg
V = P T R n dimana: V = volume gas (m3) n = molar gas (kmol)
R = tetapan gas ideal = 0,0821 m3.atm/kgmol.K T = temperatur (K) P = tekanan (atm) n = BM W = kg/kmol 33,5897 kg 16,2027 = 0,4824 kmol T = 32 oC = 305 K P = 1 atm = 14,6960 psi V = atm 1 K) (305 .K) .atm/kgmol m (0,0821 kmol) (0,4824 3 = 43,1623 m3
Menentukan Dimensi Tangki Fluidizing Gas (TK-303) Volume tutup dan alas =
24 D
π
2 3i
(Brownell and Young, 1959) Diambil:
L/Di = 5/4
h/Di = 1/4
Volume tangki = volume tutup dan alas + volume silinder
= L 4 D π 24 D π 2 2 i 3 i 43,1623 m3 = 4 (5/4) x 3,14 24 3,14 x 2 3 i D 43,1623 m3 = 1,2429 3 i D Di = 3,2625 m
Diameter tangki (Di) = 3,2625 m x 39,37 in/m = 128,4446 in h = 4 D i = 4 m 3,2625 = 0,8156 m Panjang tangki (H) = L + 2 h = (1,25 x 3,2625 m) + 2 (0,8156 m) = 5,7093 m
Material Tangki Fluidizing Gas (TK-303) : Carbon Steel SA 285 (A), dengan: Stress yang diizinkan (S) = 11200 psi (32 oC)
Efisiensi sambungan (E) = 0,9
Faktor korosi (C) = 0,006 in/tahun (Perry and Green, 1997) Umur alat (A) = 18 tahun
Tebal Silinder (ts) Tebal silinder (ts) = CA P 0,6 E S R P
(Brownell and Young, 1959)
Tekanan operasi maksimum dinaikkan sebesar 10 %, maka: P = 14,6960 psi + 1,4696 psi = 16,1656 psi ts = (0,006in/tahun)(18 tahun) psi) (16,1656 0,6 -(0,9) psi) (11200 in/2) (128,4446 psi) (16,1656 = 0,2111 in Tebal Head (th)
Bentuk head = ellipsoidal dished head
th = CA P 0,2 E S 2 D P
(Brownell and Young, 1959)
= (0,006 in/tahun)(18 tahun) psi) (16,1656 0,2 -(0,9) psi) (11200 2 in) (128,4446 psi) (16,1656 = 0,2110 in
LC.8 Compressor (C-202)
Fungsi : Menyuplai fluidizing gas dari tangki fluidizing gas ke dalam Reaktor Pyrolisis (R-201).
Jenis : Centrifugal compressor. Bahan konstruksi : Carbon steel SA 515 (70). Jumlah : 1 unit.
Menentukan Daya Compressor (C-202) Temperatur masuk (T1) = 30 oC
Temperatur keluar (T2) = 30 oC
Tekanan masuk (P1) = 1 atm
Tekanan keluar (P2) = 4 atm
Laju alir massa, F8 = 16,2027 kg/jam Densitas FG (FG) = 1,5070 kg/m3
Laju alir volume fluidizing gas masuk (V1) :
V1 = FG 8 FG F 3 kg/m 1,5070 kg/jam 16,2027 = 85,2319 m3/jam
Laju alir volume udara keluar (V2) :
Proses yang terjadi adalah isothermal (temperatur konstan), sehingga persamaan Boyle Gay Lussac dalam persamaan gas ideal, adalah P1.V1 = P2.V2 (Walas,1988).
V2 = 1 2 1 V P P = 85,2319 m /jam atm 4 atm 1 x 3 = 17,0464 m3/jam
Kerja kompresor sentrifugal (Ws):
Ws = 1 2 1 ln P P P
= atm 1 atm 4 ln kg/m 1,5070 atm 1 3 = 0,6636 atm.m3/kg x atm 1 N/m 10 x 1,0133 5 2 = 67.242,588 N.m/kg = 67.242,588 J/kg Daya kompresor (P):
Efisiensi kompresor () = 80 % (Perry and Green, 1997) P = 8 Gas .F Ws = 8 , 0 kg/jam 16,2027 x J/kg 67.242,588 = 4,8666 x 106 J/jam = 1.351,833 J/detik = 1.351,833 W x kW HP x W kW 7457 , 0 1 1000 1 = 1,8128 HP LC.9 Combuster (E-203)
Fungsi : Untuk memanaskan reaktor sampai suhu 480 0C (753 K). Kondisi Operasi:
Suhu Umpan : 303 K Suhu Ref : 298 K Tekanan : 1 atm Panas yang dibutuhkan :
Q = 639.294,4209 kkal/jam kkal kal x kal btu x 1 1000 16 , 252 1 = 2.535.272,926 Btu/jam
Metode Perhitungan Metode Lobo Evans (Kern, 1950) Ketentuan:
1. Suhu rata-rata tube = suhu reaktor + aproach (dipakai aproach 50 K) Maka suhu rata-rata tube, Ts = 753 + 50
= 803 K
= 986 oF
2. Efisiensi panas overall diperkirakan 60%
3. Flux panas rata-rata pada seksi radiasi 1200 Btu/Jam.ft2 (Kern, 1950) Total panas yang dibutuhkan, Qt = Q/60%
= % 60 Btu/jam 926 2.535.272, = 4.225.454,876 Btu/jam = 4,2254 MBtu/jam
Fuel gas pada 25 % excess udara, fig 1.6 evans dicatat 1010 lb/MBtu Jadi kebutuhan gas = Qt x 1010 lb/Mbtu
= 4,2254 MBtu/jam x 1010 lb/Mbtu = 4.267,654 lb/jam = s/jam 3600 lb/jam 4.267,654 = 1,1854 lb/s Spesifikasi pipa yang dipakai:
Diameter luar, (OD) = 3,5 in Diameter dalam, (OD) = 2,9 in Nominal size = 3 in Schedule number = 80 Panjang pipa, (L) = 20 ft
Area permukaan, transfer panas setiap pipa, (At): At = OD .L 12 . = .20 12 5 , 3 . 14 , 3 = 18,3167 ft2
Perkiraan jumlah tube yang dibutuhkan, (Nt) Nt = At flux Qt . = 2 ft 18,3167 1200 Btu/jam 876 4.225.454, = 192,2405 tube
Dipakai jumlah tube, (Nt) 192 tube dengan Single Row Arrangement Sehingga Combuster dapat digambarkan:
Pitch (jarak antar pipa), (PT) dipakai 1,5 x OD PT = 1,5 x 3,5 = 5,25 in Ukuran Combuster : 1. Tinggi Combuster, (H) H = OD x 56 + (56-1) x (PT – OD) = 3,5 x 56 + 55 x (5,25 – 3,5) = ft in in / 12 25 , 292 (1 ft = 12 in) = 24,3542 ft
Dipakai over design 10%, maka tinggi furnace: H = 1,1 x 24,3542 ft
= 26,7896 ft
Maka dipakai tinggi furnace 27 ft 2. Panjang Combuster, (L) L = OD x 80 + (80-1) x (PT – OD) = 3,5 x 80 + 79 x (5,25 – 3,5) = ft in in / 12 2500 , 418 = 34,8542 ft
Dipakai over design 10%, maka panjang furnace: L = 1,1 x 34,8542 ft
= 38,3396 ft
3. Lebar Combuster, (l) = Panjang pipa = 20 ft Permukaan Dingin Ekivalen, (Acp)
Acp = ft in PT / 12 x Panjang pipa = ft in in / 12 2500 , 5 x 20 ft = 8,7500 ft2 PT/OD = 1,5 in
Dari fig 19.11 (Kern, 1950), untuk Single Row Arrangement diperoleh: α = 0,975 α. Acp setiap tube = 0,975 x 8,7500 ft2 = 8,5313 ft2 α. Acp = Nt x α. Acp setiap tube = 192 x 8,5313 ft2 = 1.639,0096 ft2 Area Refractory: 1. Dinding samping = 2 x H x l = 2 x 27 x 20 = 1.080 ft2 2. Lantai dan Atas = 2 x L x l = 2 x 38 x 20 = 1.520 ft2 3. End Wall = 2 x H x L = 2 x 27 x 38 = 2.052 ft2
Total Area Reafractory, (Ar) = 4.652 ft2 Corrected Refractory Surface, (AR)
AR = Ar - α. Acp
= 3.012,9904 ft2 1,8383 . cp R A A
Mean Beam Length: Dimensi furnace = l x L x H
= 20 ft x 38 x 27 ft = 20.520 ft3
Ratio dimensi = 4 : 7,6 : 5,4
Dari tabel 19.1 (Kern,1950) untuk rectangular furnace Mean length, L2/33 volumefurnace
Volume = 20 ft x 38 ft x 27 ft = 20.520 ft3
Diperoleh Mean length,
= 3 20.520 3
2
= 18,2516 ft
Dipakai Flame Emissivity G 0,4999 (Kern, 1950) Overall, Exchange Factor, fungsi
G0,4999dan 1,8383 . cp R A A
dari fig. 19.15 (Kern, 1950) diperoleh 0,7 Check suhu gas diperlukan:
Suhu Cold Surface (pipa), Ts = 986 oF
.Acp. Q = 7 , 0 f 1.639,0096 Btu/jam 926 2.535.272, 2 t = 2209,7604 Btu/jam.ft2
Dari fig 19.14 (Kern,1950) diperoleh suhu flue gas dibutuhkan, Tg = 1470 F (pada radian section)
Penentuan tebal dinding Combuster: Dinding furnace berupa Refractory Brick Konduktivitas, (k) pada 1470 F:
Dipakai suhu permukaan dinding luar = 200 oC atau 392 oF
Untuk menghemat panas, suhu masih cukup tinggi sehingga disekitar furnace diberi pengaman.
Panas Hilang, (Qloss)
Qloss = X k 392) 1470 ( = X 392) 0,7 1470 ( = 2 Btu/Jam.ft 754,6000 X
Panas hilang secara konveksi alamiah ke lingkungan Qloss = (hc+hr) (392-86)
hr = Koefisien transfer panas radiasi ke lingkungan.
dibaca dari fig 10.7 (Perry,1984)
sehingga diperoleh hr pada 392 F = 2,7 Btu/J.ft2.oF
hc = 0,28 (392- 86)0,25 L-0,25 persamaan 10.34 (Perry,1984) untuk vertical surface L = mean beam length = 14,48 ft
hc = 0,28 (392- 86)0,25 14,48-0,25 = 0,6003 Btu/Jam.ft2.oF
hc = koefisien transfer panas konveksi ke lingkungan
Qloss = (0,6003 + 2,7) (392-86) = 1010,0535 Btu/Jam.ft2 Tebal dinding, (∆X) ∆X = 1010,0535 6000 , 754 = 0,7471 ft = 0,7471 ft x ft in 1 12 = 8,9651 in = 0,7471 ft x ft m 2808 , 3 1 = 0,2277 m = 22,77 cm Dipakai tebal dinding Combuster 1/4 m.
Fungsi : memanaskan remah jagung (corn stover) pada suhu 480 oC sehingga terbentuk bio-oil, gas, dan arang.
Jenis : fluidized bed Tank Reaktor
Desain : silinder tegak dengan alas datar dan tutup tutup ellipsoidal Bahan konstruksi : High alloy steel SA 285 grade A
Jumlah : 1 unit.
Temperatur masuk = 30 oC = 303 K Temperatur keluar = 480 oC = 753 K
Tekanan operasi = 405,3 kPa = 4 atm = 58,784 psia Reaksi yang terjadi:
Laju alir massa = 487,0020 kg/jam Densitas Campuran (campuran) = %
= 2,0539 kg/m3
Waktu tinggal () reactor = 2 dtk (Hambali,2007) Faktor keamanan = 20 % Perhitungan a. Volume bahan, Volume bahan (Vl) = υ0 x = 487,0020 kg/jam x 0,0006 jam = 0,3022 m3 Faktor kelonggaran = 20% Volume tangki, Vt = V1 1,2 = 0,3022 1,2 = 0,3626 m3 b. Tinggi tangki dengan diameter tangki
Volume shell tangki (Vs) :
Vs = /4 Ds2Hs Asumsi: Ds : Hs = 2 : 3
Vs = 3/8 Ds3
(C10H12O4)10 6,203C3H8O(l)+ 66,976C+ 6,404CO2 + 3,852CO +4,159CH4+
9,734H2 + 17,136 H2O
Volume tutup tangki (Ve) Ve = /6 Ds2He Asumsi: Ds : He = 4 : 1 Ve = /24 Ds 3 Volume tangki (V) Vt = Vs + Ve Vt = 10/24 Ds3 0,3626 m3 = 10/24 Ds3 Ds = 0,9659 m = 38,0276 in Hs = 1,4488 m
c. Diameter dan tinggi tutup
Diameter tutup = diameter tangki = 0,9659 m Tinggi head, He = ¼ x Ds = 0,2415 m
Jadi total tinggi tangki, Ht = Hs + He = 1,6903 m d. Tebal shell tangki
t =
( . , )+ C dimana :
t = tebal shell (in) P = tekanan desain (psi)
R= jari-jari dalam tangki (in) = D/2
S = Allowable working stress = 13700 psia (Peters et.,al,.2004) C = Corrosion allowance = 0,0125 in/tahun (Peters et.,al,.2004) E = efisiensi sambungan = 0,85 (Peters et.,al,.2004) n = umur tangki = 10 tahun
Volume bahan (Vl) = 0,3022 m3
Volume tangki, Vt = 0,3626 m3 Tinggi larutan dalam tangki = ,
, 1,6903 m = 1,4087 m Tekanan Hidrosatatik P Hidrosatatik = ρ x g x h = 2,0539 x 9,8 x 1,4087 = 28,3554 kpa = 4,1573 psia Faktor keamanan = 20%
Maka Pdesain = (1 + 0,2) x (P hidrosatatik + P0)
= (1 + 0,2) x (4,1573 psia+ 58,784 psia) = 75,5296 psia
Tebal shell tangki : =
( . , )+
t = 75,5296 x 38,0276
2 (13700psia x 0,85 -0,6 x 75,5296)+ 10 tahun x 0,0125 t = 0,249
Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,249 in
Maka tebal shell standar yang digunakan = ¼ in (Brownell & Young,1959)
LC.11 Cooler (E-204)
Fungsi : Mendinginkan gas yang berasal dari Reaktor Pyrolisis (R-201) sebelum masuk ke Cyclone (C) menggunakan air pendingin. Jenis : Double pipe heat exchanger.
Desain : 1(1/4) x 2 in IPS (Sch. 40), 3 hairpain, panjang total (L) 90 ft. Bahan konstruksi : Low alloy steel SA 202 (A).
Jumlah : 1 unit.
Referensi perhitungan dari Kern, 1965. (1). Neraca Panas
Panas masuk (H7) + Air Pendingin = Panas keluar (H8) 78.898,8646 kkal/jam + (-53.152,9623 kkal/jam) = 25.745,9023 kkal/jam Maka,
Fluida panas (gas): Qfluida panas H7
Qfluida panas 78.898,8646 kkal/jam
kkal 0,25216 Btu 1 x jam kkal 6 78.898,864 = 312.892,0709 Btu/jam
kg 0,45359 lb 1 x jam kg 636,8844 = 1.404,0971 lb/jam Temperatur awal (T1) = 480 oC = 896 oF Temperatur akhir (T2) = 195 oC = 383 oF
Fluida dingin (air pendingin):
Qfluida dingin 53.152,9623 kkal/jam
kkal 0,25216 Btu 1 x jam kkal 3 53.152,962 = 210.790,6183 Btu/jam Temperatur awal (t1) = 30 oC = 86 oF Temperatur akhir (t2) = 140 oC = 284 oF
Tabel LC.1 Temperatur Fluida Panas dan Dingin Cooler (E-204)
Fluida panas (oF) Temperatur fluida Fluida dingin (oF) Selisih (oF)
896 Temperatur tinggi 284 612
383 Temperatur rendah 86 297
513 Selisih 198 315
(2). Perhitungan LMTD Aliran Counter Current )] /( ) [( ln ) ( ) ( 1 2 2 1 1 2 2 1 t T t T t T t T LMTD (Kern, 1965)
dimana : T1 = temperatur fluida panas masuk (oF)
T2 = temperatur fluida panas keluar (oF)
t1 = temperatur fluida dingin masuk (oF)
t2 = temperatur fluida dingin keluar (oF)
LMTD F 86) -284)/(383 -(896 ln 86) -(383 -284) -(896 o F 435,6846 o
(3). Perhitungan Temperatur Kalorik Asumsi : tc = tav dan Tc = Tav. c T 2 2 1 T T