LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA

(1)

LAMPIRAN A

PERHITUNGAN NERACA MASSA

Pada Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Metana Cair dari Sampah Organik dengan kapasitas bahan baku sampah organik sebanyak 480.000 kg/hari, dengan kapasitas per jam 20.000 kg/jam, digunakan perhitungan neraca massa alur maju.

Basis perhitungan : 1 jam operasi Kapasitas sampah organik : 20.000 kg/jam Operasi pabrik per tahun : 330 hari

LA.1 Thresser (C-110)

Fungsi: untuk memperkecil ukuran sampah organik dengan proses pemotongan / pencacahan menjadi 0,1-0,5 cm.

C-110

1 2

Sampah Organik Sampah Organik

F1 = F2 = 20.000 kg/jam

LA.2 Tangki Penampung (F-120)

Fungsi: untuk mengumpulkan bahan baku sampah organik yang telah dihancurkan sebelum difermentasi di Fermentor.

F-120 3 4 Sampah Organik Sampah Organik F3 = F4 = 20.000 kg/jam

(2)

LA.3 Fermentor (R-210)

Fungsi: sebagai tempat berlangsungnya proses fermentasi sampah organik.

F = F + F7

Tabel LA.1 Tabel Komposisi Sampah Organik

Komposisi % Massa Karbohidrat (C6H12O6) 65 Air (H2O) 30 Nitrogen (N) 1,6 Sulfat (S) 0,2 Abu 3,2 Total 100

(Dinas Kebersihan Kota Medan, 2009) Asumsi : Ampas = N + S + Abu = 5%

Fkarbo = 100 F = 13.000 kg/jam FH2O = 30 100 F = .000 kg/jam F_ampas = 100 F = 1.000 kg/jam Reaksi Metanogenesis:

C6H12O6 (s) ──────► 4 CH4 (g) + 2 CO2 (g) + H2O (g) + H2S (g) % Massa komponen : CH4 = 31,7%

CO2 = 68%

H2O = 0,289%

H2S = 0,011%

Bakteri yang berperan dalam reaksi ini adalah bakteri Methanobacterium. bakteri

(3)

Asumsi : karbohidrat yang bereaksi adalah 80% F_karbo = 13.000 kg/jam F_CH4 = 31,7 100 Fkarbo 0,8 = 3.29 ,8 kg/jam F_CO2 = 8 100 Fkarbo 0,8 = 7.072 kg/jam FH2O = 0,289 100 Fkarbo 0,8 = 30,0 kg/jam FH2S = 0,011 100 Fkarbo 0,8 = 1,144 kg/jam F = FCH4 + FCO2 + FH2O + FH2S = 10.400 kg/jam

Fkarbo7 = Fkarbo 0,2 = 2. 00 kg/jam Fampas7 = Fampas + Fkarbo7 = 3. 00 kg/jam FH2O7 = FH2O = .000 kg/jam

F7 = Fampas7 + FH2O7 = 9. 00 kg/jam

Tabel LA.2 Neraca Massa Fermentor

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

5 6 7 C6H12O6 13.000 - - H2O 6.000 30,056 6.000 CO2 - 7.072 - H2S - 1,144 - Ampas 1.000 - 3.600 CH4 - 3.296,8 - Subtotal 20.000 10.400 9.600 Total 20.000 20.000

(4)

LA.4 Filter Press (H-220)

Fungsi: untuk memisahkan air dari ampas sisa fermentasi.

H-220 7 8 9 Ampas (s) H2O (l) Ampas (s) H2O (l) H2O (l) Ampas (s) F7 = F8 + F9

Asumsi: Efisiensi Filter Press = 90% FH2O8 = 0,9 FH2O7 = .400 kg/jam Fampas8 = 0,1 Fampas7 = 3 0 kg/jam F8 = F_ampas8 + F_H2O8 = .7 0 kg/jam

Fampas9 = 0,9 Fampas7 = 3.240 kg/jam FH2O9 = 0,1 FH2O7 = 00 kg/jam F9 = Fampas9 + FH2O9 = 3.840 kg/jam

Tabel LA.3 Neraca Massa Filter Press

7 8 9

H2O 6.000 5.400 600

Ampas 3.600 360 3.240

Subtotal 9.600 5.760 3.840

(5)

LA.5 Adsorber I (D-310)

Fungsi: untuk memisahkan H2S dari gas bio dengan Fe2O3.

D-310 6 10 CH4 (g) CO2 (g) H2O (g) H2S (g) CH4 (g) CO2 (g) H2O (g)

Asumsi: Efisiensi Adsorber I = 99%

Reaksi : 2 Fe2O3 + 6 H2S → 2 Fe2S3 + 6 H2O FCH410 = FCH4 = 3.2 3,832 kg/jam F_H2O10 = F_H2O = 29,7 kg/jam FCO210 = FCO2 = 7.001,28 kg/jam

F10 = FCH410 + FH2O10 + FCO210 = 10.294,8 7 kg/jam

Tabel LA.4 Neraca Massa Adsorber I

6 10 Adsorben (Fe2O3) CH4 3.296,8 3.263,832 32,968 CO2 7.072 7.001,28 70,72 H2S 1,144 - 1,144 H2O 30,056 29,755 0,301 Subtotal 10.400 10.294,867 105,133 Total 10.400 10.400

(6)

LA.6 Adsorber II (D-320)

Fungsi: untuk memisahkan H2O(g) dari gas bio dengan silika gel.

D-320 10 11 CH4 (g) CO2 (g) H2O (g) CH4 (g) CO2 (g)

Asumsi: Efisiensi Adsorber II = 99,9% FCH411 = 0,999 FCH410 = 3.2 0, 8 FCO211 = 0,999 FCO210 = .994,279 F11 = FCH411 + FCO211 = 10.2 4,847 kg/jam

Tabel LA.5 Neraca Massa Adsorber II

10 11 Adsorben (Silika Gel)

CH4 3.263,832 3.260,568 3,264

CO2 7.001,28 6.994,279 7,001

H2O 29,755 - 29,755

Subtotal 10.294,867 10.254,847 40,02

(7)

LA.7 Membran Kontaktor Hollow Fiber (D-330)

Fungsi: untuk memisahkan CO2 dari gas bio yang dihasilkan, dimana gas CO2 diserap oleh air.

D-330 11 12 b a H2O (l) CH4 (g) CO2 (g) H2O (l) CH4 (g) CO2 (g) CH4 (g) F11 + Fa = F12 + Fb

Asumsi: Efisiensi Membran Kontaktor Hollow Fiber = 99% P’A = 2.700 cm3 STP cm s cm2_cmHg (Geankoplis, 2003) P’B = 800 cm3 STP cm s cm2_cmHg (Geankoplis, 2003) α* = P A P _B = 3,37 Lf : F9 = 10.2 4,847 kg/jam xf : xCO29 = FCO2 9 F9 = 0, 82

Massa CO2 dipulihkan : FCO2b = .994,279 kg/jam

xo : xCO212 = FCO2

12

F12 = 0

Massa CH4 dipulihkan : F_CH4b = 0,01 F_CH411 = 32, 0 kg/jam Lo : F12 = F11 - FCO2b - FCH4b = 3.227,9 2 kg/jam Diatur : Ptube = Ph = 1 atm = 100 kPa

Pshell = Pl = 1 atm = 100 kPa r = Pl

Ph = 100 100 = 1,0

(8)

a = 1 – α* = 1 – 3,375 = -2,375 (Geankoplis, 2003) b = -1 + α* + (1/r) + x/r (α*-1) (Geankoplis, 2003) Untuk: x = xf → b = 4,995 x = xo → b = 3,375 c = -α*x/r (Geankoplis, 2003) Untuk: x = xf → c = -2,302 x = xo → c = 0 y = b + 4ac 2a yf = 0,067 yo = 0,711

Fraksi cairan keluaran (yp) = ybCO2 = y’av = (y’f +y’o)/2 = 0,389

Neraca massa komponen : Lf xf = Lo xo + Vp yp (10.254,847)(0,682) = (3.227,962)(0) + Vp(0,389) 0,389 Vp = 6.993,806 Vp = 6.993,806 / 0,389 Vp = 17.989,765 kg/jam Fb = Vp = 17.989,765 kg/jam

F_H2Ob = Fb F_CO2b F_CH4b _{= 10.9 2,88 kg/jam} Fa = FH2Oa = FH2Ob = 10.9 2,88 kg/jam

Keterangan:

P’A = Permeabilitas CO2 P’B = Permeabilitas CH4 α* = Faktor separasi Lf = Laju gas masukan Lo = Laju gas keluaran

(9)

xf = Fraksi CO2 pada gas masukan xo = Fraksi CO2 pada gas keluaran Ph = Tekanan pada alur masukan Pl = Tekanan pada alur keluaran yp = Fraksi cairan keluaran (Geankoplis, 2003)

Tabel LA.6 Neraca Massa Membran Kontaktor Hollow Fiber

11 a b 12 CH4 3.260,568 - 32,606 3.227,962 CO2 6.994,279 - 6.994,279 - H2O - 10.962,88 10.962,88 - Subtotal 10.254,847 10.962,88 17.989,765 3.227,962 Total 21.217,727 21.217,727

LA.8 Tangki Akumulasi (F-410)

Fungsi: untuk menampung sementara gas metana sebelum masuk ke proses pencairan gas Claude.

Pada metode pencairan gas Claude, jumlah metana yang mencair adalah 11,3 % dari metana yang masuk ke sistem Claude. (Smith, et all, 2005)

F-410 12 13 25 CH4 (g) CH4 (g) CH4 (g) F12 + F2 = F13 F12 = 3.227,9 2 kg/jam FCH413 = FCH4 12 0,113 = 28. ,04 kg/jam

(10)

F2 = FCH42 = FCH413 FCH412 F2 = 2 .338,077 kg/jam

Tabel LA.7 Neraca Massa Tangki Akumulasi

12 25 13

CH4 3.227,962 25.338,077 28.566,04

Total 28.566,04 28.566,04

LA.9 Kompresor (G-421)

Fungsi: untuk meningkatkan tekanan metana dari 1 atm menjadi 59,5 atm (60 bar) dan suhu dari 22,5oC menjadi 105oC .

G-421 13 14 CH4 (g) CH4 (g) F14 = F13 FCH414 = FCH413 FCH413 = 28. ,04 kg/jam

LA.10 Cooler (E-420)

Fungsi: untuk menurunkan suhu metana dari 105oC menjadi 27oC.

E-420 14 15 d c CH4 (g) H2O (l) CH4 (g) H2O (l) F1 = F14 FCH41 = FCH414 F_CH41 = 28. ,04 kg/jam

(11)

Tabel LA.8 Neraca Massa Cooler

14 c d 15

CH4 28.566,04 - - 28.566,04

H2O - 87.131,442 87.131,442 -

Total 115.697,482 115.697,482

LA.11 Heat Exchanger I (E-430)

Fungsi: untuk menurunkan suhu metana dari 27oC menjadi -20oC.

E-430 15 16 25 24 CH4 (g) CH4 (g) CH4 (g) CH4 (g) F1 = F1 FCH41 = FCH41 = 28. ,04 kg/jam F24 = F2 FCH424 = FCH42 FCH424 = 2 .338,077 kg/jam

Tabel LA.9 Neraca Massa Heat Exchanger I

15 24 16 25

CH4 28.566,04 25.338,077 28.566,04 25.338,077

(12)

LA.12 Splitter (K-441)

Fungsi: untuk mengalihkan metana ke ekspander sebanyak 25% (Smith, 2005). K-441 16 17 19 75% 25% CH4 (g) F1 = F17 + F19 FCH419 = 0,7 FCH41 FCH419 = 21.424, 3 kg/jam F_CH417 = 0,2 F_CH41 F_CH417 = 7.141, 1 kg/jam

Tabel LA.8 Neraca Massa Splitter

16 17 19

CH4 28.566,04 21.424,53 7.141,51

Total 28.566,04 28.566,04

LA.13 Heat Exchanger II (E-440)

Fungsi: untuk menurunkan suhu metana dari -20oC menjadi -76oC.

E-440 19 20 24 23 CH4 (g) CH4 (g) CH4 (g) CH4 (g) F20 = F19 F_CH420 = F_CH419 FCH420 = 21.424, 3 kg/jam

(13)

F23 = F24 FCH423 = FCH424

FCH423 = 2 .338,077 kg/jam

Tabel LA.9 Neraca Massa Heat Exchanger II

19 23 20 24

CH4 21.424,53 25.338,077 21.424,53 25.338,077

Total 46.762,607 46.762,607

LA.14 Throttle (K-451)

Fungsi: untuk menurunkan tekanan metana dari 59,5 atm (60 bar) menjadi 1 atm dan suhu dari -76oC menjadi -161,5oC, sehingga terjadi perubahan fasa metana dari gas menjadi cair.

K-451 20 21 CH4 (g) CH4 (g) F21 = F2 FCH421 = FCH420 F_CH421 = 21.424, 3 kg/jam

LA.15 Flash Drum (F-450)

Fungsi: untuk memisahkan metana yang sudah mencair dan yang masih berupa gas. F-450 21 22 26 CH4 (g) CH4 (g) CH4 (l) F21 = F22 + F2

(14)

Dari sistem pencairan gas Claude, gas yang mencair adalah sebesar 11,3% dari jumlah gas yang masuk ke sistem (gas masuk di alur 13), maka : FCH42 = 0,113 FCH414

F_CH42 = 3.227,9 2 kg/jam

FCH422 = FCH421 FCH42 FCH422 = 18.196,567 kg/jam

Tabel LA.10 Neraca Massa Flash Drum

21 22 26

CH4 (g) 21.424,53 18.196,567 -

CH4 (l) - - 3.227,962

Total 21.424,53 21.424,53

LA.16 Ekspander (G-442)

Fungsi: untuk menurunkan tekanan metana dari 59,5 atm (60 bar) menjadi 1 atm dan suhu dari -20oC menjadi -161,5oC.

G-442 17 18 CH4 (g) CH4 (g) F17 = F18 F_CH417 = F_CH418 = 7.141,51 kg/jam

(15)

LAMPIRAN B

PERHITUNGAN NERACA ENERGI

Basis Perhitungan : 1 jam operasi Satuan Operasi : kJ/jam Temperatur Basis : 25 oC

 Perhitungan Cp Padatan

Perhitungan Cp padatan (J/mol.K) dengan menggunakan metode Hurst dan Harrison, dimana nilai kontribusi unsur atom adalah sebagai berikut :

Tabel LB.1 Nilai Kontribusi Unsur Atom

Unsur Atom ΔE

C 10,89

H 7,56

O 13,42

N 18,74

S 12,36

(Perry dan Green, 1999)

Rumus Metode Hurst dan Harrison:



   n 1 i Ei Ni. Cps

Dimana: Cps = Kapasitas panas padatan pada 298,15 K (J/mol.K) n = Jumlah unsur atom yang berbeda dalam suatu senyawa Ni = Jumlah unsur atom I dalam senyawa

ΔEi = Nilai dari distribusi atom I pada tabel LB.1 Menghitung Cp senyawa:

Cps C6H12O6 = 6 . ΔEC + 12 . ΔEH + 6 . ΔEO = 6 (10,89) + 12 (7,56) + 6 (13,42) = 236,58 J/mol.K

(16)

Dengan cara yang sama diperoleh:

Tabel LB.2 Kapasitas Panas Beberapa Senyawa Padatan pada 298,15 K

Komponen Cps (J/mol.K)

C6H12O6 236,58

Abu 321

 Perhitungan Cp untuk Senyawa Fasa Gas 4 3 2 T x, a bT cT dT eT Cp      ) T -T ( 5 e ) T -T ( 4 d ) T -T ( 3 c ) T -T ( 2 b ) T -T ( a [ dT Cp 15 5 2 4 1 4 2 3 1 3 2 2 1 2 2 1 2 T T g 2 1     



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

Senyawa A B C D E CH4 (g) 3,83870.101 -7,3663.10-2 2,9098.10-4 -2,6384.10-7 8,0067.10-11 CO2 (g) 1,90223.101 7,9629.10-2 -7,3706.10-5 3,7457.10-8 -8,133.10-12 H2S (g) 3,45234.101 -1,76481.10-2 6,76664.10-5 -5,32454.10-8 1,40695.10-11 H2O (g) 3,40471.101 -9,65064.10-3 3,29983.10-5 -2,04467.10-8 4,30228.10-12 (Reklaitis, 1983)

 Perhitungan Cp untuk Senyawa Fasa Cair 3 2 T x, a bT cT dT Cp     ) T -T ( 4 d ) T -T ( 3 c ) T -T ( 2 b ) T -T ( a [ dT Cp 14 4 2 3 1 3 2 2 1 2 2 1 2 T T g 2 1    



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

Senyawa A B C D CH4 (l) -5,70709 1,02562 -0,0016656 -0,00001975 CO2 (l) 11,041 1,1595 -0,0072313 1,55019.10-5 H2S (l) 21,8238 0,774223 -0,00420204 7,38677.10-6 H2O (l) 18,2964 0,47211 -0,0013387 1,3142.10-6 (Reklaitis, 1983)

(17)

LB.1 Fermentor (R-210)

Fungsi: sebagai tempat berlangsungnya proses fermentasi sampah organik.

Reaksi : C6H12O6 (s) bakteri ► 4 CH4 (g) + 2 CO2 (g) + H2O (g) + H2S (g)

Pada reaksi fermentasi anaerobik :

∆Hr = -133.000 kJ/kmol (Da Rosa, 2009)

r ∆Hr = 14, 2 133.000 = 1.948.77 ,111 kJ/kmol Dibuat : Proses berlangsung adiabatis (dQ/dt = 0) d dt = r ∆Hr303,1 + out in 0 = 1.948.77 ,111 + _out 0 out = 1.948.77 ,111 kJ/jam out =

(18)

Temperatur pada alur keluar diperoleh dengan menggunakan metode trial and

error. Diperoleh temperatur pada alur keluar (alur 6 dan 7) tangki Fermentor

adalah sebesar Tout = 313,1 K ≈ 40oC.

Tabel LB.5 Energi Keluar pada tangki Fermentor

Alur Komponen F (kg/jam) BM (kg/kmol) N (kmol/jam)



CpdT (kJ/kmol)



CpdT N (kJ/jam) 6 CH4 3.296,8 16 206,05 595,039 122.607,869 CO2 7.072 44 160,727 615,608 98.945,064 H2S 1,144 34 0,034 559,097 18,812 H2O (g) 30,056 18 1,67 552,15 921,969 7 C6H12O6 2.600 180 14,444 74.419,669 1.074.950,78 H2O (l) 6.000 18 333,333 1.232,265 410.754,902 N 320 14 22,857 5.894,939 134.741,457 S 40 32 1,25 3.888,017 4.860,022 Abu 640 640 1 100.975,205 100.975,205 Total 1.948.776,079

Tabel LB.6 Neraca Energi Fermentor

Alur Masuk (kJ/jam) Alur Keluar (kJ/jam)

Umpan -

Produk - 1.948.776,079

∆Hr 1.948.77 ,111

(19)

LB.2 Adsorber I (D-310)

Fungsi: untuk memisahkan H2S dari gas bio dengan Fe2O3.

D-310 6 10 CH4 (g) CO2 (g) H2O (g) H2S (g) CH4 (g) CO2 (g) H2O (g) Tout, 1 atm 40o_{C, 1 atm} Qin =



   303,15 15 , 298 6 O H 303,15 298,15 6 S H 303,15 298,15 6 CO 303,15 15 , 298 6 CH dT Cp ) N ( dT Cp ) N ( dT Cp ) N ( dT Cp ) N ( 2 2 2 4

Tabel LB.7 Energi Masuk pada Adsorber I



CpdT (kJ/kmol)



CpdT N (kJ/jam) 6 CH4 3.296,8 16 206,05 543,339 111.954,932 CO2 7.072 44 160,727 562,094 90.343,767 H2S 1,144 34 0,034 510,805 17,187 H2O (g) 30,056 18 1,67 504,512 842,424 Total 203.158,31

Reaksi: 2 Fe2O3 + 6 H2S → 2 Fe2S3 + 6 H2O Panas reaksi pada keadaan standar:

ΔHr298,15 = Σ σ.ΔHf

= 2 ΔHf Fe2S3 + 6 ΔHf H2O – 2 ΔHf Fe2O3 – 6 ΔHf H2S

= 2(-161.586,08) + 6(-285.840,0016) – 2(-830.524) – 6(-19.957,68) = -257.418,09 kJ/kmol

(20)

r = 6 0,032 σ N N6_H_S 10_H_S 2 2   = 0,0056 kmol/jam r.ΔHr298,15 = 0,0056 (-257.418,09) = -1.443,56 kJ/kmol

Dibuat: Proses berlangsung adiabatis (dQ/dt = 0)

dT dQ = r.ΔHr 298,15 + Qout – Qin 0 = -1.443,56 + Qout – 203.158,31 Qout = 204.601,87 kJ/jam Qout =











Tout 15 , 298 10 O H Tout 298,15 10 CO Tout 15 , 298 10 CH ) CpdT (N ) CpdT (N ) CpdT N ( 2 2 4

error. Diperoleh temperatur pada alur keluar (alur 10) Adsorber I adalah

sebesar Tout = 313,35 K ≈ 40,5oC.

Tabel LB.8 Energi Keluar pada Adsorber I



dT Cp (kJ/kmol)



CpdT N (kJ/jam) 10 CH4 3.263,832 16 203,99 550,644 112.325,555 CO2 7.001,28 44 159,12 569,655 90.643,489 H2O (g) 29,755 18 1,653 511,247 845,133 Total 203.814,177

Tabel LB.9 Neraca Energi Adsorber I

Umpan 203.158,31 -

Produk - 203.814,177

∆Hr - -655,864

(21)

LB.3 Membran Kontaktor Hollow Fiber (D-330)

Fungsi: untuk memisahkan CO2 dari gas bio yang dihasilkan.

D-330 11 12 b a H2O (l) CH4 (g) CO2 (g) H2O (l) CH4 (g) CO2 (g) CH4 (g) 40,5o_{C, 1 atm} Tout, 1 atm 25o_{C, 1 atm} 25o_{C, 1 atm} in = NCH4 11 _{Cp dT} 30 ,1 298,1 + NCO211 Cp dT 30 ,1 298,1 + NH2Ob Cp dT 298,1 298,1

Tabel LB.10 Energi Masuk pada Membran Kontaktor Hollow Fiber



CpdT (kJ/kmol)



CpdT N (kJ/jam) 11 CH4 3.260,568 16 203,786 550,644 112.213,23 CO2 6.994,279 44 158,961 569,655 90.552,845 Total 202.766,075

Dibuat: Proses berlangsung adiabatis (dQ/dt = 0)

dT dQ = Qout – Qin 0 = Qout – 202.766,075 Qout = 202.766,075 kJ/jam out =

(22)

error. Diperoleh temperatur pada alur keluar (alur 12) Membran Kontaktor

Hollow Fiber adalah sebesar Tout = 300,6 K ≈ 27,5oC.

Tabel LB.11 Energi Keluar pada Membran Kontaktor Hollow Fiber



CpdT (kJ/kmol)



CpdT N (kJ/jam) 12 CH4 3,261 16 158,961 93,363 14.841,028 CO2 6.994,279 44 999,431 188,038 187.931,098 H2O (l) 17.989,765 18 0,204 90,306 18,403 Total 202.790,529

Tabel LB.12 Neraca Energi Membran Kontaktor Hollow Fiber

Umpan 202.766,075 -

Produk - 202.766,075

Total 202.766,075 202.766,075

LB.4 Tangki Akumulasi (F-410)

Fungsi: untuk menampung sementara gas metana sebelum masuk ke proses pencairan gas Claude.

F-410 12 13 25 CH4 (g) CH4 (g) CH4 (g) 25o_{C, 1 atm} ₂₂o_{C, 1 atm} Tout, 1 atm H12 = 1.195,8 kJ/kg (Perry, 1999) H25 = 1.188,9 kJ/kg (Perry, 1999)

(23)

Qin = F12 . H12 + F25 . H25

= (3.227,962).(1.195,8) + (25.338,077).(1.188,9) = 33.984.437,543 kJ/jam

Dibuat : Proses berlangsung adiabatis (dQ/dt = 0)

dt dQ

= Qout – Qin

0 = Qout – 33.984.437,543 Qout = 33.984.437,543 kJ/jam

Energi keluar = Qout

(F13 . H13) = 33.984.437,543 (28.566,04).(H13) = 33.984.437,543 H13 = 1.189,68 kJ/kg

Dari data termodinamika metana (Perry, 1999) untuk H13 = 10.528,139 kJ/kg, maka Tout untuk alur 13 adalah 295,38 K ≈ 22,5oC.

Tabel LB.13 Neraca Energi Tangki Akumulasi

Umpan 33.984.437,543 -

Produk - 33.984.437,543

Total 33.984.437,543 33.984.437,543

LB.5 Cooler (E-420)

Fungsi: untuk menurunkan suhu metana dari 105oC menjadi 27oC.

E-420 14 15 d c CH4 (g) H2O (l) CH4 (g) H2O (l) 105o_{C, 1 atm} ₂₇o_{C, 1 atm} 25o_{C, 1 atm} 40o_{C, 1 atm}

(24)

H14 = 1.330,88 kJ/kg (Perry, 1999) Qin = F14 . H14 = (28.566,04).(1.330.88) = 38.017.970,92 kJ/jam H18 = 1.140 kJ/kg (Perry, 1999) Qout = F15 . H15 = (28.566,04).(1.140) = 32.565.285,26 kJ/jam dt dQ = Qout – Qin dt dQ = 32.565.285,26 – 38.017.970,92 = -5.452.685,658 kJ/jam

Data termodinamika air pendingin :

Hc (25oC) = 104,89 kJ/kg (Perry, 1999) Hd (40oC) = 167,47 kJ/kg (Perry, 1999) Jumlah air pendingin yang dibutuhkan :

m = d c H -H Q m = 67,47kJ/kg 1 -kJ/kg 89 , 104 kJ/jam 658 5.452.685, -m = kJ/jam 62,58 -658 5.452.685, -m = 87.131,442 kg/ja-m

Tabel LB.14 Neraca Energi Cooler

Umpan 38.017.970,92 -

Produk - 32.565.285,26

dQ/dt -5.452.685,658 -

(25)

LB.6 Heat Exchanger I (E-430)

Fungsi: untuk menurunkan suhu metana dari 27oC menjadi -20oC.

E-430 15 16 25 24 CH4 (g) CH4 (g) CH4 (g) CH4 (g) 27o_{C, 1 atm} _-20o_{C, 1 atm} Tin, 1 atm 22o_{C, 1 atm}

Dari data termodinamika metana (Perry, 1999) : H15 = 1.140 kJ/kg (superheated metana) H16 = 1.009,8 kJ/kg (superheated metana) H25 = 1.188,9 kJ/kg (superheated metana) Qout = F25 . H25 + F16 . H16 = (25.338,077).(1.188,9) + (28.566,04).(1.009,8) = 58.970.426,893 kJ/jam

dt dQ = Qout – Qin 0 = 58.970.426,893 – (F15 . H15 + F24 . H24) 0 = 58.970.426,893 – (28.566,04).(1.140) + (25.338,077).(H24) H24 = 1.042,113 kJ/kg

Dari data termodinamika metana (Perry, 1999) untuk H24 = 1.042,113 kJ/kg, maka T untuk alur 24 adalah 227,2 K ≈ -46oC.

Qin = F15 . H15 + F24 . H24

= (28.566,04).(1.140) + (25.338,077).(1.042,113) = 58.970.426,893 kJ/jam

Tabel LB.15 Neraca Energi Heat Exchanger I

Umpan 58.970.426,893 -

Produk - 58.970.426,893

(26)

LB.7 Heat Exchanger II (E-440)

Fungsi: untuk menurunkan suhu metana dari -20oC menjadi -76oC.

E-440 19 20 24 23 CH4 (g) CH4 (g) CH4 (g) CH4 (g) -20o_{C, 1 atm} -46o_{C, 1 atm} -161,5o_{C, 1 atm} Tout, 1 atm

Dari data termodinamika metana (Perry, 1999) : H19 = 1.009,8 kJ/kg (superheated metana) H23 = 796,9 kJ/kg (saturated metana) H24 = 1.042,1 kJ/kg (superheated metana) Qin = F19 . H19 + F23 . H23 = (21.424,53).(1.009,8) + (25.338,077).(796,9) = 41.826.403,9 kJ/jam

dt dQ = Qout – Qin 0 = (F24 . H24 + F20 . H20) – 41.826.403,9 0 = (25.338,077).(1.042,1) + (21.424,53).(H20) – 41.826.403,9 H20 = 719,81 kJ/kg

Dari data termodinamika metana (Perry, 1999) untuk H20 = 719,81 kJ/kg, maka T untuk alur 20 adalah 197,6 K ≈ -76oC.

Qout = F24 . H24 + F20 . H20

= (25.338,077).(1.042,1) + (21.424,53).(719,81) = 41.826.403,9 kJ/jam

Tabel LB.16 Neraca Energi Heat Exchanger II

Umpan 41.826.403,9 -

Produk - 41.826.403,9

(27)

LAMPIRAN C

PERHITUNGAN SPESIFIKASI ALAT

LC.1 Elevator (J-111)

Fungsi : Untuk mengangkut sampah dari timbangan ke thresser.

Jumlah : 1 buah

Bahan konstruksi : Besi

Laju bahan yang diangkut : 20.000 kg/jam Faktor keamanan : 20%

Kapasitas = feed x (1 + faktor keamanan) = 20.000 x (1+0,2)

= 24.000 kg/jam

Dari tabel 21.8 Perry 1999, karena kapasitas lebih besar dari 14 ton/jam, maka bucket elevator dipilih dengan spesifikasi :

Ukuran bucket = ( 6 x 4 x 4 ½ ) in Jarak tiap bucket = 12 in

Elevator center = 25 ft Kecepatan putar = 43 rpm Kecepatan bucket = 225 ft/menit Daya head shaft = 1 Hp

Diameter tail shaft = 1 11/16 in Diameter head shaft = 1 15/16 in Pully tail = 14 in Pully tail = 20 in Lebar head = 7 in Effesiensi motor = 80% Daya tambahan = 0,02 Hp/ft

Daya P = (Elevator center x daya tambahan) + daya head shaft (Perry, 1999) = 25 x (0,02) + 1

= 1,5 Hp (Perry dan Green, 1999)

(28)

LC.2 Thresser (C-110)

Fungsi : Untuk mengecilkan ukuran sampah organik yang akan diolah. Bahan konstruksi : Besi

Merek : HGT-6000

Jumlah : 3 unit

Kecepan mesin : 5-15 ton/jam Ukuran hasil cacahan : 0,5-1 cm.

(Unit Penelitian Bioteknologi Perkebunan Bogor, 2008)

LC.3 Screw Conveyor 1 (J-121)

Fungsi : Mengangkut sampah organik ke tangki penampung. Jenis : Horizontal screw conveyor

Bahan konstruksi : Carbon steel Kondisi operasi:

Temperatur = 25oC Tekanan = 1 atm

Laju alir bahan : F = 20.000 kg/jam = 44.092,45 lb/jam

Densitas bahan (bulk density) : ρ = 300 kg/m3 = 18,73 lb/ft3 (Sudrajat, 2002) Jarak angkut : L = 10 m = 32,81 ft

Perhitungan

a. Laju alir volumetrik

Direncanakan dalam 1 jam proses cukup ditempuh 1/6 jam kerja (10 menit), maka laju alir volumetrik dalam 10 menit kerja adalah:

kerja) menit (10 /jam ft 2.354,11 lb/ft 18,73 lb/jam 44.092,45 ρ F Q 3 3    b. Data conveyor

Dipilih screw conveyor dengan diameter 20 in.

Dari Tabel 5.3 dan Tabel 5.4 Walas (1988) didapatkan harga: Kecepatan putaran maksimum (ω max) = 40 rpm

Kapasitas maksimum (Q max) = 2.485 ft3/jam

(29)

Horse power factor (f) = 1,7 c. Daya conveyor Kecepatan putaran (ω): rpm 37,89 /jam ft 2.485 rpm 40 /jam ft 2.354,11 max Q max ω Q ω 3 3      Daya conveyor: P = [s . ω + f . . ρ] L / 10-6 P = [510 x 37,89 + 1,7 x 2.354,11 x 18,73] 32,81 / 10-6 P = 3,09 hp

Efisiensi conveyor 80 %, maka

hp 86 , 3 8 , 0 09 , 3 P 

Maka dipilih conveyor dengan daya 4 hp.

LC.4 Tangki Penampung Sampah (F-120)

Fungsi : menampung hasil cacahan sampah dari thresser. Bentuk : Silinder tegak dengan alas dan tutup ellipsoidal. Bahan konstruksi : Plate steel SA-167 , tipe 304

Kondisi operasi : - Temperatur : 25oC - Tekanan : 1 atm Laju alir sampah organik = 20.000 kg/jam

Densitas sampah organik = 300 kg/m3 (Sudrajat, 2002) Kebutuhan perancangan = 1 hari

Faktor keamanan = 20% Desain Tangki Ukuran tangki : a. Volume tangki Volume sampah, V = V = = 1.600 m 3

(30)

= 1.600 x (1,2) = 1.920 m3 Direncanakan menggunakan 6 unit tangki.

Jadi, volume untuk tiap tangki = 1.920 / 6 = 320 m3.

b. Diameter dan tinggi tangki

Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi tangki silinder, D : H = 2 : 3 V = πD2H 320 = πD2 D 320 = πD3 D = 6,46 m ; H = 3/2D = 3/2 x 6,46 = 9,69 m. Jadi, D = 6,46 m = 21,19 ft H = 9,69 m = 31,79 ft

c. Tebal dinding tangki

Tinggi bahan dalam tangki = Tinggi tangki tangki

Volume bahan

Volume _

Tinggi bahan dalam tangki = 9,69 920 . 1 600 . 1  = 8,07 m Tekanan hidrostatik: P =



× g × h = 300 kg/m3 × 9,8 m/s2 × 8,07 m = 23.725,8 Pa = 23,725 kPa

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

Ptotal = Po + P = 101,325 kPa + 23,725 kPa = 125,05 kPa Faktor kelonggaran = 20 %

Maka, Pdesign = (1,2) × (125,05 kPa) = 150,06 kPa

Direncanakan menggunakan bahan konstruksi plate steel SA-167, tipe 304 Dari Brownell & Young (1959) Appendix D, diperoleh data :

Allowable stress (S) = 18.750 psi = 129.276,7 kPa Effisiensi Sambungan (E) = 0,8

(31)

Tebal dinding silinder tangki : t =

t = = 0,005m t = 0,197in

Faktor Korosi = 0,125 in (Timmerhaus,1980) Maka tebal dinding = 0,197 in + 0,125 in = 0,322 in.

Dari tabel 5.4 Brownell & Young, 1979 dipilih tebal tangki 0,36 in.

LC.5 Screw Conveyor 2 (J-211)

Fungsi : Mengangkut sampah organik ke Fermentor. Jenis : Horizontal screw conveyor

Bahan konstruksi : Carbon steel Kondisi operasi:

Temperatur = 25oC Tekanan = 1 atm

Laju alir bahan : F = 20.000 kg/jam = 44.092,45 lb/jam

Densitas bahan (bulk density) : ρ = 300 kg/m3 = 18,73 lb/ft3 (Sudrajat, 2002) Jarak angkut : L = 10 m = 32,81 ft

Perhitungan

a. Laju alir volumetrik

Direncanakan dalam 1 jam proses cukup ditempuh 1/6 jam kerja (10 menit), maka laju alir volumetrik dalam 10 menit kerja adalah:

kerja) menit (10 /jam ft 2.354,11 lb/ft 18,73 lb/jam 44.092,45 ρ F Q 3 3    b. Data conveyor

Dipilih screw conveyor dengan diameter 20 in.

Dari Tabel 5.3 dan Tabel 5.4 Walas (1988) didapatkan harga: Kecepatan putaran maksimum (ω max) = 40 rpm

Kapasitas maksimum (Q max) = 2.485 ft3/jam

Faktor S = 510

Horse power factor (f) = 1,7 c. Daya conveyor

(32)

Kecepatan putaran (ω): rpm 37,89 /jam ft 2.485 rpm 40 /jam ft 2.354,11 max Q max ω Q ω 3 3      Daya conveyor: P = [s . ω + f . . ρ] L / 10-6 P = [510 x 37,89 + 1,7 x 2.354,11 x 18,73] 32,81 / 10-6 P = 3,09 hp

Efisiensi conveyor 80 %, maka

hp 86 , 3 8 , 0 09 , 3 P 

Maka dipilih conveyor dengan daya 4 hp.

LC.6 Fermentor (R-210)

Fungsi : Tempat berlangsungnya proses fermentasi anaerobik. Bentuk : Silinder tegak dengan alas datar dan tutup ellipsoidal Bahan konstruksi : Carbon Steel SA-285 Grade A

Jumlah : 20 unit

Kondisi operasi:

Temperatur = 40 °C Tekanan = 1 atm Kebutuhan perancangan = 20 hari

Laju alir massa = 20.000 kg/jam = 480.000kg/hari

Densitas sampah = 300 kg/m3 (Sudrajat, 2002) Faktor keamanan = 20%

Desain Tangki a. Volume tangki

Laju alir volumetrik (Q) ₃ kg/m 300 kg/hari 480.000  = 1.600 m3/hari Volume tangki, Vt = (1 + 0,2)  1.600 m3 = 1.920 m3

Direncanakan perbandingan tinggi tangki dengan diameter, Hs : D = 1 : 1 Direncanakan perbandingan tinggi head dengan diameter, Hh : D = 1 : 4

(33)

dimana: Hs = tinggi shell Hh = tinggi head D = diameter tangki

Volume shell tangki (Vs): 2 πD3 4 1 Hs πD 4 1 Vs  

Volume tutup tangki (Vh): 2 _πD3 24 1 Hh πD 6 1 Vs   Volume tangki (V): 3 πD 24 7 920 . 1 Vh Vs V    Maka: D = 12,8 m; Hs = 12,8 m

Diameter tutup = Diameter tangki = 12,8 m Tinggi head (Hh): Hh = ¼ D = 3,2 m Tinggi tangki (Ht): Ht = Hs + Hh = 16 m c. Tebal tangki

Tinggi bahan dalam tangki = Tinggi tangki tangki

Volume bahan

Volume _

Tinggi bahan dalam tangki = 16 1920 1600  = 13,3 m Tekanan hidrostatik: P =



× g × h = 300 kg/m3 × 9,8 m/s2 × 13,3 m = 39.102 Pa = 39,102 kPa

Joint efficiency = 0,8 (Brownell dan Young, 1959)

Allowable stress = 17.500 psia (Brownell dan Young, 1959) = 120.657,83 kPa

(34)

in 441 , 0 m 011 , 0 kPa) (168,512 1,2 (0,8) kPa) 3 (120.657,8 2 m) (12,8 kPa) (168,512 1,2P 2SE PD t           Faktor korosi = 0,125 in

Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,0,441 in + 0,125 in = 0,566 in

Tebal shell standar yang digunakan = ¾ in (Brownell dan Young, 1959) Tebal tutup tangki:

in 441 , 0 m 011 , 0 kPa) (168,512 0,2 (0,8) kPa) 3 (120.657,8 2 m) (12,8 kPa) (168,512 0,2P 2SE PD t           Faktor korosi = 0,125 in

Maka tebal head yang dibutuhkan = 0,441 in + 0,125 in = 0,566 in

Tebal head standar yang digunakan = ¾ in (Brownell dan Young, 1959) d. Daya pengaduk

Jenis pengaduk : flat 6 blade turbin impeller Jumlah baffle : 4 buah

Pengaduk didesain dengan standar berikut:

Da : Dt = 1 : 3 J : Dt = 1 : 12 W : Da = 1 : 5 L : Da = 1 : 4 E : Da = 1:1

dengan:

Dt = diameter tangki L = panjang blade (daun) Da = diameter impeller W = lebar blade (daun) E = tinggi impeller dari dasar tangki J = lebar baffle (Geankoplis, 2003)

Jadi :

Diameter impeller (Da) = 1/3 Dt = 1/3 x 12,8 m = 4,3 m Tinggi pengaduk dari dasar tangki (E) = Da = 4,3 m Lebar baffle (J) = 1/12 Dt = 1/12 x 12,8 m = 1,1 m Lebar blade (W) = 1/5 Da = 1/5 x 4,3 m = 0,86 m

(35)

Panjang blade (L) = 1/4 Da = 1/4 x 4,3 m = 1,075 m Kecepatan pengadukan, N = 0,1 putaran/det

Viskositas sampah organik = μ = 0,00063 lbm/ft s = 0,0009 kg/ms

(Sudrajat, 2002) Bilangan Reynold,

 

μ ρ D N N 2 a Re  (Geankoplis, 2003)

    

3 , 333 . 616 0009 , 0 300 4,3 0,1 N 2 Re  

Dari grafik 3.4-5 (Geankoplis, 2003) diperoleh Np = 4: P = NP.N3.Da5.ρ P = 4 x (0,1)3 x (4,3)5 x (300) P = 1.764,1 J/s = 1,76 kW P = 2,36 hp Efisiensi motor, η = 80  Daya motor = 8 , 0 36 , 2 = 2,95 hp LC.7 Pompa 1 (L-221)

Fungsi : Memompa ampas dari Fermentor ke Filter Press. Jenis : Pompa rotary

Bahan konstruksi : Commercial steel Jumlah : 2 unit

Kondisi operasi:

Tekanan = 1 atm Temperatur = 40°C

Laju alir massa (F) = 10.250 kg/jam = 6,28 lb/s

Densitas () = 1.002,69 kg/m3 = 62,54 lb/ft3 (Geankoplis, 2003) Viskositas slurry (c) = 0,752 cP = 5,05.10-4 lb/fts (Geankoplis, 2003) Perhitungan

(36)

Laju alir volumetrik, ₃ lb/ft 62,54 lb/detik 6,28 ρ F Q  = 0,1 ft3/s b. Diameter optimum

Perencanaan Diameter Pipa Pompa Untuk aliran turbulen (Nre >2100),

Di,opt = 3,9 × Q0,45 ρ0,13 (Peters, 2004)

dengan: Di,opt = diameter optimum (m) ρ = densitas (lbm/ft3) Q = laju volumetrik (ft3/s) Di,opt = 3,9 (Q)0,45 ()0,13 = 3,9 × (0,1 m3/s)0,45 × (62,54 kg/m3)0,13 = 2,37 in c. Spesifikasi pipa

Dari buku Geankoplis App A.5, dipilih pipa commercial steel:

Ukuran nominal : 3 in

Schedule number : 40

Diameter Dalam (ID) : 3,068 in = 0,256 ft = 0,078 m Diameter Luar (OD) : 3,5 in

Luas penampang dalam (At) : 0,0513 ft2 d. Kecepatan linear Kecepatan linear : v = A Q = 2 3 ft 0513 , 0 s / ft 0,1 = 1,95 ft/s e. Bilangan Reynold NRe =  vD = lbm/ft.s 5,05.10 ) ft 256 , 0 )( s / ft 95 , 1 )( ft / lb 54 , 62 ( 4 -3 = 61.850,996 (aliran turbulen) f. Faktor fanning Dari Gbr. 2.10-3, (Geankoplis, 2003) :

(37)

- Untuk NRe = 61.850,996 dan

D

 _{= 0,0006, diperoleh f = 0,0052}

g. Instalasi pipa

Friction Loss:

1 Sharp edge entrance: hc = 0,5

gc . . 2 1 2 1 2  v A A        = ) 174 , 32 )( 1 ( 2 ) 95 , 1 ( ) 0 1 ( 5 , 0 2  = 0,0297 ft.lbf/lbm 4 elbow 90°: hf = n.Kf. c g v . 2 2 = 4 (0,75) ) 174 , 32 ( 2 ) 95 , 1 ( 2 = 0,1781 ft.lbf/lbm 1 check valve: hf = n.Kf. c g v . 2 2 = 1 (2) ) 174 , 32 ( 2 ) 95 , 1 ( 2 = 0,2375 ft.lbf/lbm Pipa lurus 100 ft: Ff = 4f c g D v L . 2 . . 2  = 4(0,0052)

_

 

_{ }

_

174 , 32 . 2 . 0,256 ) 95 , 1 ( 100 2 =0,483 ft.lbf/lbm

1 Sharp edge exit: hex = n.Kex

c g v A A . . 2 1 2 2 2 1         = 1 (1,0)



  

_

174 , 32 1 2 ) 95 , 1 ( 0 1 2 2  = 0,0594 ft.lbf/lbm Total friction loss :  F = 0,987 ft.lbf/lbm

Tinggi pemompaan, ∆z = 0 ft Static head, c g g z  = 0 ft.lbf/lbm Velocity head, c 2 g v  = 0 ft.lbf/lb

(38)

Pressure head,  P  = 0 ft.lbf/lb h. Daya pompa

Dari persamaan Bernoulli:

0 W F P g g z g v 2 1 s c c 2         





(Geankoplis, 2003)

 

0 0,987ft.lbf/lbm 0 s ft.lb/lbf. 174 , 32 ft/s 174 , 32 ft 0 0 2 2      W_s Ws = -0,987 ft.lbf/lbm

Untuk efisiensi pompa 80 , maka: Daya pompa : P =    550 m Ws P = 0,0141hp 8 , 0 550 6,28 0,987 _  

Maka dipilih pompa dengan daya motor 1/20 hp.

LC.8 Filter Press (H-220)

Fungsi : Tempat memisahkan ampas cair dan padat untuk dijadikan pupuk. Jenis : Plate and frame filter press

Bahan konstruksi : Carbon Steel SA-285 Grade C Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi:

Temperatur = 25 °C

Tekanan = 1 atm

Laju alir umpan = 9.600 kg/jam Laju alir filtrat = 6.000 kg/jam

Densitas filtrat = 997 kg/m3 (Sudrajat, 2002) Laju alir ampas = 3.600 kg/jam

Densitas cake = 1.430,2 kg/m3 (Sudrajat, 2002) Desain Filter Press

(39)

Volume Filtrat 1jam kg/m 97 9 kg/jam 6.000 3   = 6,02 m3

Volume cake pada filter press = 1jam kg/m 2 , 430 1 kg/jam 3.600 3   = 2,52 m3

Luas penyaringan efektif dihitung dengan menggunakan persamaan :

                W) (1 W A) L E ( V s ) E 1 ( A L



(Foust, 1979)

Dimana : L = tebal cake pada frame (m) A = luas penyaringan efektif (m2) E = poros partikel = 0,32

ρs = densitas solid (kg/m3 ) ρ = densitas filtrat (kg/m3

)

W = fraksi massa cake dalam umpan V = volume filtrat (m3) W = 0,375 kg/jam 600 . 9 kg/jam 3.600 umpan massa alir laju massa alir laju _ _  cake

Tebal cake pada frame diestimasikan = 20 cm = 0,2 m

Direncanakan setiap plate mempunyai luas 1 m2 maka luas efektif penyaringan (A):                 ) 375 , 0 (1 0,375 A) 2 , 0 32 , 0 ( 02 , 6 997 2 , 430 . 1 ) 32 , 0 1 ( A 2 , 0 A = 38,4 m2

Jumlah plate (n) = 38,4buah m 1 m 38,4 2 2   Faktor keamanan = 10 %

Jumlah plate yang dibutuhkan = 1,1 x 38,4 = 42,24 buah Maka diambil jumlah plate = 43 buah

Jumlah frame = jumlah plate = 43 buah

LC.9 Tangki Penampung Ampas Cair (F-230)

Fungsi : Menampung ampas cair setelah penyaringan pada filter press. Bentuk : Persegi Panjang

(40)

Bahan konstruksi : Beton kedap air Jumlah : 1 unit

Kondisi penyimpanan :

Temperatur = 30 °C Tekanan = 1 atm Kebutuhan perancangan = 1 hari

Laju alir massa = 5.760 kg/jam = 138.240 kg/hari

Densitas ampas cair = 1.028,6 kg/m3 (Sudrajat, 2002) Faktor kelonggaran = 20 

Desain Tangki a. Volume tangki

Laju alir volumetrik (Q) ₃ kg/m 6 , 028 . 1 kg/hari 138.240  = 134,4 m3/hari Volume cairan = 134,4 m3/hari  1 hari = 134,4 m3

Volume bak = (1 + 0,2)  134,4 m3 = 161,28 m3 b. Ukuran tangki

Direncanakan ukuran bak:

Panjang bak (p) = 2 x Lebar bak (l), maka p = 2 l Tinggi bak (t) = ½ x Lebar bak (l), maka t = ½ l Volume bak (V) = p x l x t 161,28 = 2 l x l x ½ l Lebar bak (l) = 5,44 m Panjang bak (p) = 10,88 m Tinggi bak (t) = 2,72 m b. Tekanan Tangki

Tinggi cairan dalam tangki 2,72m 2,267m m 28 , 161 m 134,4 3 3    Tekanan hidrostatik: P =



× g × h = 1.028,6 kg/m3 × 9,8 m/s2 × 2,267 m = 22.852 Pa = 22,85 kPa

(41)

Faktor kelonggaran = 20%

LC.10 Blower 1 (G-311)

Fungsi : Mengalirkan gas bio dari Fermentor ke Adsorber. Jenis : Blower sentrifugal

Bahan konstruksi : Carbon Steel Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi:

Temperatur = 30°C = 303,15 K Tekanan = 1 atm

Laju alir gas = 9.750 kg/jam

Tabel LC.1 Komposisi Umpan Masuk Blower 1

Komponen F (kg/jam) N (kmol/jam) % mol (xi) BM xi . BM CH4 3.090,75 193,172 55,92 16 8,947 CO2 6.630 150,682 43,62 44 19,193 H2S 1,0725 0,032 0,01 34 0,003 H2O (g) 28,1775 1,565 0,45 18 0,081 Total 9.750 345,451 100 28,224

BM Campuran = ∑xi . Bmi = 28,224 kg/kmol Densitas = 303,15 . 0,08206 . 1 28,224 . 1 zRT BM . P _ = 1,135 kg/m3 Faktor keamanan = 20 Desain Blower a. Volume gas

Laju alir volumetrik (Q) ₃

kg/m 135 , 1 kg/jam 9.750  = 8.590,31 m3/jam = 5.056,07 ft3/min b. Daya blower

(42)

Daya blower (P) 33000 Q × × 144



 (Perry dan Green, 1999)

Efisiensi blower (η) = 7 % hp 55 , 16 33000 /min ft 5.056,07 × ,75 0 × 144 P 3   LC.11 Adsorber I (D-310)

Fungsi : Menyerap gas H2S yang terkandung dalam gas bio. Bentuk : Fixed bed ellipsoidal

Bahan konstruksi : Carbon Steel SA-285 Grade C Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi:

Temperatur = 41 °C = 314 K Tekanan = 1 atm

Laju alir H2S = 27,5 kg/hari = 0,8 kmol/hari Laju alir gas masuk = 249.600 kg/hari

Tabel LC.2 Komposisi Umpan Masuk Adsorber I

Komponen F (kg/hari) N (kmol/hari) % mol (xi) BM xi . BM CH4 79.123,2 4.945,2 55,918 16 8,95 CO2 169.728 3.857,5 43,619 44 19,19 H2S 27,5 0,8 0,009 34 0,003 H2O(g) 721,3 40,1 0,454 18 0,082 Total 249.600 8.843,6 100 28,23

BM Campuran = ∑xi . Bmi = 28,23 kg/kmol Densitas gas masuk =

303 . 0,08206 . 1 28,28 . 1 zRT BM . P _ = 1,135 kg/m3 Desain Adsorber

a. Volume Adsorben sponge iron (Fe2O3)

Kebutuhan adsorben 20 kg H2S/100 kg sponge iron

Densitas adsorben = 5.240 kg/m3 (Sudrajat, 2002) Porositas desain adsorber (ε) = 0,4

(43)

Jumlah adsorben S H kg 20 kg 100 S/hari H kg 5 , 7 2 2 2 iron sponge   = 137,5 kg/hari Faktor keamanan = 20%

Jumlah adsorben aktual = 1,2 137,5 = 165 kg/hari

Volume adsorben ₃ kg/m 240 . 5 ) 4 , 0 1 ( kg/hari 165 ) 1 ( m         = 0,052 m 3 /hari

Direncanakan bed untuk 12 bulan operasi, maka banyaknya katalis: Volume bed = 0,052 m3/hari  30 hari/bulan  12 bulan

Volume bed = 18,72 m3 b. Ukuran adsorber

Direncanakan perbandingan tinggi tangki dengan diameter, Hs : D = 3 : 2 Direncanakan perbandingan tinggi head dengan diameter, Hh : D = 1 : 4 dimana: Hs = tinggi shell

Hh = tinggi head D = diameter tangki

Laju alir volumetrik gas masuk (Q) ₃ kg/m 135 , 1 kg/hari 249.600  = 219.911,9 m3/hari

Kecepatan gas masuk yang ideal agar terjadi waktu pengontakkan yang cukup untuk reaksi dan menjaga agar penurunan tekanan tidak berlebihan adalah maksimum 10 ft/min (u = 4.389 m/hari)

Tinggi bed hari / m 219.911,9 m/hari 4.389 m 18,72 masuk gas Q u V 3 3    bed = 0,37 m = 1,21 ft

Luas penampang bed (A) 2

3 m 6 , 50 m 0,37 m 18,72 Tinggi V    bed bed Diameter bed (D) 8,03m 28,34ft /4 m 50,6 /4 A 2      

Diameter tangki = Diameter bed = 8,03 m Tinggi shell (Hs): Hs = 3/2 D = 12,05 m Tinggi head (Hh): Hh = ¼ D = 2,01 m

(44)

Tinggi tangki (Ht): Ht = Hs + 2 Hh = 16,07 m c. Tebal tangki

Tekanan operasi (Po) = 1 atm = 101,325 kPa Faktor kelonggaran = 20 %

Joint efficiency = 0,8 (Brownell dan Young, 1959)

Allowable stress = 13.700 psia

= 94.457,85 kPa (Brownell dan Young, 1959) Tebal shell tangki:

in 25 , 0 m 0065 , 0 kPa) (121,59 1,2 (0,8) kPa) (94.457,85 2 m) (8,03 kPa) (121,59 1,2P 2SE PD t           Faktor korosi = 0,125 in

Tebal shell yang dibutuhkan = 0,25 in + 0,125 in = 0,375 in

Tebal shell standar yang digunakan = 3/8 in (Brownell dan Young, 1959) Tebal tutup tangki:

Tebal head yang dibutuhkan = 0,25 in + 0,125 in = 0,375 in Tebal head standar yang digunakan = 3/8 in (Brownell dan Young, 1959)

LC.12 Blower 2 (G-321)

Fungsi : Mengalirkan gas bio dari Adsorber I ke Adsorber II. Jenis : Blower sentrifugal

Bahan konstruksi : Carbon Steel Jumlah : 1 unit

(45)

Kondisi operasi:

Laju alir gas = 3.088,021 kg/jam

Tabel LC.3 Komposisi Umpan Masuk Blower 2

Komponen F (kg/jam) N (kmol/jam) % mol (xi) BM xi . BM CH4 3.059,843 191,24 99,19 16 15,87 H2O (g) 28,1775 1,565 0,81 18 0,15 Total 3.088,021 192,805 100 16,02

BM Campuran = ∑xi . Bmi = 1 ,02 kg/kmol Densitas = 298,15 . 0,08206 . 1 16,02 . 1 zRT BM . P _ = 0,655 kg/m3 Faktor keamanan = 20 Desain Blower a. Volume gas

kg/m 655 , 0 kg/jam 3.088,021  = 4.714,54 m3/jam = 2.774,87 ft3/min b. Daya blower Daya blower (P) 33000 Q × × 144



Efisiensi blower (η) = 7 % hp 08 , 9 33000 /min ft 2.774,87 × ,75 0 × 144 P 3   LC.13 Adsorber II (D-320)

Fungsi : Menyerap uap air yang terkandung dalam gas bio. Bentuk : Fixed bed ellipsoidal

(46)

Jumlah : 1 unit Kondisi operasi:

Temperatur = 40,5 °C = 313,5 K Tekanan = 1 atm

Laju alir massa air = 29,8 kg/jam = 715,2 kg/hari

Densitas air = 997,08 kg/m3 (Geankoplis, 2003) Laju alir gas masuk = 247.077,6 kg/hari

Tabel LC.4 Komposisi Umpan Masuk Adsorber II

Komponen F (kg/hari) N (kmol/hari) % mol (xi) BM xi . BM CH4 78.331,2 4.895,7 55,92 16 8,95 CO2 168.031,2 3.818,9 43,62 44 19,19 H2O(g) 715,2 39,7 0,46 18 0,08 Total 247.077,6 8.754,3 100 28,22

BM Campuran = ∑xi . Bmi = 28,22 kg/kmol Densitas gas masuk =

303 . 0,08206 . 1 28,22 . 1 zRT BM . P _ = 1,135 kg/m3 Desain Adsorber

a. Volume Adsorben silica gel

Kemampuan penyerapan silica gel 0,4 kali massa kering (Engineertoolbox,2012).

Kebutuhan adsorben 40 kg H2O / 100 kg silica gel

Densitas adsorben = 720 kg/m3 (Engineertoolbox,2012). Porositas desain adsorber (ε) = 0,4

Jumlah adsorben S H kg 40 kg 100 O/hari H kg 2 , 15 7 2 2 iron sponge   = 1.788 kg/hari Faktor keamanan = 20%

Jumlah adsorben aktual = 1,2 1.788 = 2.145,6 kg/hari

Volume adsorben ₃ kg/m 720 ) 4 , 0 1 ( kg/hari 2.145,6 ) 1 ( m         = 4,97 m3/hari

(47)

Direncanakan bed untuk 1 bulan operasi, maka banyaknya katalis: Volume bed = 4,97 m3/hari  30 hari/bulan

Volume bed = 149,1 m3

b. Ukuran adsorber

Laju alir volumetrik gas masuk (Q) ₃ kg/m 135 , 1 kg/hari 247.077,6  = 215.046,3 m3/hari

Kecepatan gas masuk yang ideal agar terjadi waktu pengontakkan yang cukup untuk reaksi dan menjaga agar penurunan tekanan tidak berlebihan adalah maksimum 10 ft/min (u = 4.389 m/hari)

Tinggi bed hari / m 215.046,3 m/hari 4.389 m 149,1 masuk gas Q u V 3 3    bed = 3,04 m

Luas penampang bed (A) 2

3 m 05 , 49 m 3,04 m 149,1 Tinggi V    bed bed Diameter bed (D) 7,9m 25,9ft /4 m 49,05 /4 A _ 2 _ _   

Diameter tangki = Diameter bed = 7,9 m Tinggi shell (Hs): Hs = 3/2 D = 11,85 m Tinggi head (Hh): Hh = ¼ D = 1,975 m Tinggi tangki (Ht): Ht = Hs + 2 Hh = 15,8 m c. Tebal tangki

Tekanan operasi (Po) = 1 atm = 101,325 kPa Faktor kelonggaran = 20 %

(48)

= 94.457,85 kPa (Brownell dan Young, 1959) Tebal shell tangki:

Tebal shell standar yang digunakan = 3/8 in (Brownell dan Young, 1959) Tebal tutup tangki:

Tebal head yang dibutuhkan = 0,236 in + 0,125 in = 0,361 in

Tebal head standar yang digunakan = 3/8 in (Brownell dan Young, 1959)

LC.14 Blower 3 (G-331)

Fungsi : Mengalirkan gas bio dari Adsorber II ke Membran Kontaktor Hollow Fiber.

Jenis : Blower sentrifugal Bahan konstruksi : Carbon Steel Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi:

Temperatur = 40,5°C = 313,65 K Tekanan = 1 atm

(49)

Tabel LC.5 Komposisi Umpan Masuk Blower 3 Komponen F (kg/jam) N (kmol/jam) % mol (xi) BM xi . BM CH4 3.260,57 257,563 56,18 16 8,989 CO2 6.994,28 200,909 43,82 44 19,281 Total 10.254,85 458,472 100 28,27

BM Campuran = ∑xi . Bmi = 28,27 kg/kmol Densitas = 313,65 . 0,08206 . 1 28,27 . 1 zRT BM . P _ = 1,098 kg/m3 Faktor keamanan = 20 Desain Blower a. Volume gas

kg/m 098 , 1 kg/jam 10.254,85  = 9.339,57 m3/jam = 5.497,06 ft3/min b. Daya blower Daya blower (P) 33000 Q × × 144



Efisiensi blower (η) = 7 % hp 99 , 17 33000 /min ft 5.497,06 × ,75 0 × 144 P 3  

LC.15 Membran Kontaktor Hollow Fiber (D-330)

Fungsi : Memisahkan produk hasil fermentasi berupa CO2 dari produk utama CH4.

Bentuk : hollow fiber (shell and tube membran) Jumlah : 1 unit

Perhitungan :

Laju alir masuk = 246.116,3 kg/hari

Densitas gas bio = {(ρ CH4 x XCH4) + (ρ CO2 x XCO2)} = {(0,717 x 0,32) + (2,814 x 0,68)} = 0,229 + 1,91 = 2,14 kg/m3

(50)

Laju alir volumetrik =

= 115.007,6 m3/hari = 4.791.983,33 L/jam

Data spesifikasi membran hollow fiber yang sesuai adalah: - Tipe : Ultrafiltrasi

- Jenis : Hollow Fiber - Model : U-220

- Material : PP

- Dimensi : Dia. 2” x L 20” - Kapasitas : 150 L/jam - Jumlah filter : 42.691 unit (GDP Filter, 2011)

LC.16 Blower 4 (G-411)

Fungsi : Mengalirkan gas bio dari Membran Kontaktor Hollow

Fiber ke Tangki Akumulasi.

Jenis : Blower sentrifugal Bahan konstruksi : Carbon Steel Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi:

Laju alir gas = 3.227,96 kg/jam

BM = 16 kg/kmol Densitas = 298,15 . 0,08206 . 1 16 . 1 zRT BM . P _ = 0,654 kg/m3 Faktor keamanan = 20

(51)

Desain Blower a. Volume gas

kg/m 654 , 0 kg/jam 96 , 227 . 3  = 4.935,72 m3/jam = 2.905,06 ft3/min b. Daya blower Daya blower (P) 33000 Q × × 144



Efisiensi blower (η) = 7 % hp 51 , 9 33000 /min ft 2.905,06 × ,75 0 × 144 P 3  

LC.17 Tangki Akumulasi Metana Gas (F-410)

Fungsi : Menampung metana gas.

Bentuk : Silinder tegak dengan alas dan tutup ellipsoidal Bahan konstruksi : Carbon Steel SA-212 Grade A

Temperatur = 22 °C = 295 K Tekanan = 1 atm

Kebutuhan perancangan = 1 hari

Laju alir massa = 28.566,04 kg/jam = 685.584,96 kg/hari

Densitas = 295 . 0,08206 . 1 16 . 1 zRT BM . P _ = 0,66 kg/m3 Faktor keamanan = 20  Desain Tangki a. Volume tangki

Laju alir volumetrik (Q) ₃ kg/m 66 , 0 kg/hari 685.584,96  = 1.038.765,1 m3/hari Volume gas = 1.038.765,1 m3/hari  1 hari = 1.038.765,1m3

(52)

Volume shell tangki (Vs): 2 πD3 16 5 Hs πD 4 1 Vs  

Volume tutup tangki (Vh): 2 _πD3 24 1 Hh πD 6 1 Vs   Volume tangki (V): 3 πD 48 19 12 1.246.518, Vh 2 Vs V    Maka: D = 100 m; Hs = 125 m

Diameter tutup = Diameter tangki = 100 m Tinggi head (Hh): Hh = ¼ D = 25 m Tinggi tangki (Ht): Ht = Hs + 2 Hh = 175 m c. Tebal tangki P = 1 1.038.765, 295 . 0,08206 16 1 . 685.584,96 V RT BM G t V nRT _ _  = 1 atm P = 101,325 kPa

Joint efficiency = 0,8 (Brownell dan Young, 1959)

(53)

Tebal shell tangki: in 96 , 4 m 126 , 0 kPa) (243,18 1,2 (0,8) kPa) 3 (120.657,8 2 m) (100 kPa) (243,18 1,2P 2SE PD t           Faktor korosi = 0,125 in

Tebal shell standar yang digunakan = 51/8 in (Brownell dan Young, 1959) Tebal tutup tangki:

in 96 , 4 m 126 , 0 kPa) (243,18 0,2 (0,8) kPa) 3 (120.657,8 2 (100m) kPa) (243,18 0,2P 2SE PD t           Faktor korosi = 0,125 in

Tebal head yang dibutuhkan = 4,96 in + 0,125 in = 5,085 in

Tebal head standar yang digunakan = 51/8 in (Brownell dan Young, 1959)

LC.18 Kompresor (G-421)

Fungsi : Menaikkan tekanan gas CH4 dari 1 bar menjadi 60 bar. Jenis : Multistage reciprocating compressor

Temperatur masuk = 22,23 °C = 295,38 K

Tekanan masuk = 1 bar = 100 kPa = 0,987 atm = 2.088,55 lbf/ft2 Tekanan keluar = 60 bar = 6.000 kPa = 59,22 atm = 125.313,28 lbf/ft2 Laju alir gas = 28.566,04 kg/jam = 685.584,96 kg/hari

Densitas = 295,38 . 0,08206 . 1 16 . 0,987 zRT BM . P _ = 0,66 kg/m3 = 0,04 lb/ft3 Faktor keamanan = 20

(54)

Desain Kompresor a. Volume gas

Laju alir volumetrik (Q) ₃ kg/m 66 , 0 kg/hari 685.584,96  = 1.038.765,1 m3/hari = 25.474,75 ft3/menit = 424,58 ft3/s b. Daya kompresor P                   1 P P qfm × P 1 k Ns × k × 3,03.10 (k 1)/k.Ns 1 2 1 1 5 (Peters, 2004)

dimana : P = daya yang dibutuhkan (hp) Ns = jumlah tahap kompresi

qfml = laju alir gas volumetrik (ft3/menit) P1 = tekanan masuk (lbf/ft2)

P2 = tekanan keluar (lbf/ft2)

k = rasio panas spesifik gas CO2 = 1,31 (Perry, 1999)

P                   1 2.088,55 125.313,28 24.474,75 × 2.088,55 1 31 , 1 4 × 1,31 × 3,03.10-5 (1,311)/1,31 .4 P = 7926,7 hp Efisiensi kompresor (η) = 7 % hp 9 , 568 . 10 75 , 0 7 , 7926 P 

c. Temperatur keluaran kompresor k.Ns / ) 1 k ( 1 2 1 2 P P × T T         (Peters, 2004) 4 . 31 , 1 / ) 1 31 , 1 ( 2 2.088,55 125.313,28 × 295,38 T         T2 = 372,18 K = 99,03 oC d. Diameter pipa ekonomis

Diameter pipa ekonomis (De) dihitung dengan persamaan :

De = 3,9 (Q)0,45()0,13 (Peters, 2004) = 3,9 (424,58)0,45 (0,04) 0,13 = 39,07 in

(55)

Dipilih material pipa commercial steel 42 in Schedule XS : Diameter dalam (ID) = 41 in = 3,42 ft = 1,04 m Diameter luar (OD) = 42 in = 3,5 ft = 1,07 m

Luas penampang (A) = 10,73 ft2 (Brownell dan Young, 1959)

LC.19 Cooler (E-420)

Fungsi : Menurunkan suhu gas metana yang keluar dari kompresor dari 99,03 °C menjadi 26,85 oC.

Tipe : Shell and tube heat exchanger Jumlah : 1 unit

Fluida panas (gas metana)

Laju alir umpan masuk = 28.566,04 kg/jam = 62.977,3 lbm/jam Temperatur awal (T1) = 99,03 °C = 210,25 °F Temperatur akhir (T2) = 26,85 °C = 80,33 °F

Fluida dingin (air pendingin)

Laju alir air masuk = 43.503,16kg/jam = 95.908 lbm/jam Temperatur awal (t1) = 25 °C = 77 °F Temperatur akhir (t2) = 55 °C = 131 °F

Panas yang diserap (Q) = 5.452.685,7kJ/jam = 5.168.128,5 Btu/jam

1. t = beda suhu sebenarnya

Fluida Panas Fluida dingin Selisih

T1 = 210,25 F Temperatur lebih tinggi t2 = 131F t1 = 79,25F T2 = 80,33 F Temperatur lebih rendah t1 = 77F t2 = 3,33F T1 – T2 = 129,9F Selisih t2 – t1 = 54F t2 – t1 = -75,9F

(56)

94 , 23 79,25 3,33 ln 75,9 -Δt Δt ln Δt Δt LM TD 1 2 1 2                 F 2,41 54 129,9 t t T T R 1 2 2 1      41 , 0 77 25 , 210 54 t T t t S 1 1 1 2      

Untuk R = 2,41 dan S = 0,41, diperoleh FT = 0,92 untuk 3-6 shell and tube HE (Gbr. 20, Kern, 1965) Maka t = FT LMTD = 0,92  28,33 = 26,06 F 2. Tc dan tc 2 33 , 80 25 , 210 2 T T Tc 1 2     = 145,29 F 2 131 77 2 t t t 1 2 c     = 104 F

3. Design overall coefficient (UD)

a. Dari Tabel 8, Kern (1965), cooler untuk fluida panas medium organic dan fluida dingin air diperoleh UD = 50-125

Diestimasi UD = 125 Btu/jam ft2F

Luas permukaan untuk perpindahan panas,

2 o o 2 D ft 01 , 469 . 1 F 06 , 26 F ft jam Btu 135 Btu/jam 5 5.168.128, Δt U Q A     

Data tube yang digunakan:

OD tube = ¾ in Pitch, PT = 1 in square pitch

BWG = 16 ID = 0,62 in (Tabel 10, Kern) Panjang = 16 ft a’ = 0,1963 ft2/ft (Tabel 10, Kern) Jumlah tube, Nt 467,7buah

1963 , 0 6 1 1.469,01 a' L A _   

Dari Tabel 9, Kern (1965), untuk ¾ in OD tube 1 in square pitch, maka jumlah tube terdekat yang dipilih adalah 468 tubes dengan shell ID 29 in. b. Koreksi UD

(57)

F ft jam Btu 9 , 134 F 06 , 26 ft 89 , 469 . 1 Btu/jam 5 5.168.128, Δt A Q UD ₂ ₂         

Fluida dingin : sisi tube (air pendingin)

4. Flow area tube,

Jumlah tube pass, n = 6

Flow area tiap tube, at’ = 0,302 in2

(Kern, 1965) 2 ' t t 0,16ft 6 144 302 , 0 468 n 144 a Nt a        5. Kecepatan massa 16 , 0 95.908 t t a W G   = ₂ ft . jam lbm 425 . 599 6. Bilangan Reynold Pada tc = 104 F  = 0,69 cP = 1,6698 lbm/ft jam (Gbr.14, Kern) 12 62 , 0 D = 0,052 ft (Kern, 1965) μ G D Re_t   t 667 . 18 425 . 599 0,052 Re 1,6698 t   

7. Taksir jH dari Gbr.24, Kern L/D = 309,67, diperoleh jH = 55 8. Pada tc = 104 F

c = 0,99 Btu/lbmF (Kern, 1965) k = 0,36 Btu/jam.ft2(oF/ft) (Kern, 1965)

Fluida panas : sisi shell,(gas metana)

4’. Flow area shell

Jumlah shell pass, n’ = 3

Ds = Diameter dalam shell = 21,25 in B = baffle spacing = 12 in PT = tube pitch = 1 in C’ = clearance = PT – ODtube C’ = 1 – ¾ = 0,25 in n' P 144 B ' C Ds a T s      2 s

0 ,

147 ft

3

1

144

2

1

25 ,

0

25 ,

1

2 a







’. Kecepatan massa 1476 , 0 62.977,3 s s a W G   = ₂ ft . jam lbm 5 , 675 . 426 ’. Bilangan Reynold Pada Tc = 145,29 F  = 0,0115 cP = 0,0278 lbm/ft jam (Gbr.14, Kern) ft 079 , 0 12 95 , 0 D_e   (Kern, 1965) μ G D Re_s  e s 1 , 843 . 227 . 1 0,08 s Re 0,0278 5 , 275 . 426   

(58)

66 , 1 6698 , 1 0,99 k μ c 3 1 3 1

0,36

   

























9. 3 1 k μ c k H j t i h

D













     1,66 0,05 0,36 80 t i h     t i h  = 632,9 Btu/jam.ft 3 .oF

10. Koreksi hi/Φt terhadap permukaan

OD

ID

t i h t io h     Anggap: 1 t   0,75 0,62 9 , 632 h_io   hio = 523,19 Btu/jam.ft2.oF

7’. Taksir jH dari Gbr.28, Kern (1965), diperoleh jH = 650 8’. Pada Tc = 145,29 F c = 0,57 Btu/lbm F (Kern, 1965) k = 0,02 Btu/jam.ft2(oF/ft) (Kern, 1965) 93 , 0 0,02 0278 , 0 0,57 k μ c 3 1 3 1                 9’. 3 1 k μ c k H j s o h

De













     ,95 0,079 0,02 650 0 s o h     s o h  = 152,3 Btu/jam.ft 2 .oF Anggap: 1 s   ho = 152,3 Btu/jam.ft2.oF ___________________________________________________________________ 11. Clean Overall coefficient, UC

F ft Btu/jam 9 , 117 3 , 152 19 , 523 3 , 152 19 , 523 o h io h o h io h UC  2       0,004 78 9 , 117 78 9 , 117 U U U U R D C D C d _      

Rd hitung  Rd batas ketentuan, dimana Rd batas yang diizinkan adalah sebesar 0,002 maka spesifikasi cooler dapat diterima.

Pressure Drop

Fluida dingin : sisi tube (air pendingin)

1. Untuk Ret = 18.667

f = 0,0003 (Kern, 1965) s = 1

Fluida panas : sisi shell (gas metana)

1’. Res = 1.227.843,1

f = 0,0007 (Kern, 1965) s = 0,55

(59)

2. t 10 2 t t . s . ID . 10 . 22 , 5 L.n . f.G P    1 ,62.1. 0 . 10 . 22 , 5 6 . 16 . ) 425 . 599 0,0003.( P ₁₀ 2 t   ∆Pt = 0,32 psi 3. Untuk Gt = 599.425 2.g' V2 = 0,031 (Kern, 1965) psi 74 , 0 0,031 1 6 . 4 2.g' V s n 4 P 2 r      PT = Pt + Pr = 0,32 + 0,74 PT = 1,06 psi

PT yang diperbolehkan = 10 psi

2’. B L 12 1 N  6 1 12 16 12 1 N   ft 771 , 1 12 25 , 21 Ds   3’. s 10 2 s s . s . De . 10 . 22 , 5 1) Ds.(N . f.G P     1 . 55 , 0 . 079 , 0 . 10 . 22 , 5 6 1 . 771 , 1 . ) 5 , 675 . 426 0,0007.( P ₁₀ 2 s   Ps = 1,59 psi

Ps yang diperbolehkan = 10 psi

LC.20 Heat Exchanger I (E-440)

Fungsi : Menurunkan suhu gas metana 60 bar dari 26,85oC menjadi -19,55oC dengan menggunakan media pendingin gas metana recycle.

Tipe : Shell and tube heat exchanger Jumlah : 1 unit

Fluida panas (gas metana)

Laju alir umpan masuk = 28.566,04 kg/jam = 62.977,3 lbm/jam

Temperatur awal (T1) = 26,85 °C = 80,33 °F Temperatur akhir (T2) = -19,55 °C = -3,19 °F Fluida dingin (metana recycle)

Laju alir fluida masuk = 25.338,1 kg/jam = 55.860,9 lbm/jam Temperatur awal (t1) = -45,95 °C = -50,71 °F Temperatur akhir (t2) = 21,85 °C = 71,33 °F

(60)

Panas yang diserap (Q) = 2.440.845,3 kJ/jam = 2.313.465,9 Btu/jam

1. t = beda suhu sebenarnya

Fluida Panas Fluida dingin Selisih

T1 = 80,33 F Temperatur lebih tinggi t2 = 71,33F t1 = 9F T2 = -3,19 F Temperatur lebih rendah t1 = -50,71F t2 = 47,52F T1 – T2 = 83,52F Selisih t2 – t1 = 122,04F t2 – t1 = 38,52F 15 , 23 9 47,52 ln 38,52 Δt Δt ln Δt Δt LM TD 1 2 1 2                 F 684 , 0 122,04 83,52 t t T T R 1 2 2 1      931 , 0 ) 71 , 50 ( 33 , 80 122,04 t T t t S 1 1 1 2       

Untuk R = 0,684 dan S = 0,931, diperoleh FT = 0,85 untuk 4-8 shell and tube HE (Kern, 1965) Maka t = FT  LMTD = 0,85  23,15 = 19,68 F 2. Tc dan tc 2 ) 19 , 3 ( 33 , 80 2 T T T 1 2 c      = 38,57 F 2 33 , 71 71 , 50 2 t t t 1 2 c      = 10,31 F

3. Design overall coefficient (UD)

a. Dari Tabel 8 Kern (1965), diestimasi UD = 55 Btu/jam ft2F Luas permukaan untuk perpindahan panas,

2 o o 2 D ft 3 , 137 . 2 F 68 , 19 F ft jam Btu 55 Btu/jam 9 2.313.465, Δt U Q A     

(61)

Data tube yang digunakan:

OD tube = ¾ in Pitch, PT = 1 in square pitch

BWG = 16 ID = 0,62 in (Tabel 10, Kern) Panjang = 16 ft a’ = 0,1963 ft2/ft (Tabel 10, Kern) Jumlah tube, Nt 680,5buah

1963 , 0 6 1 2.137,3 a' L A _   

Dari Tabel 9, Kern (1965), untuk ¾ in OD tube 1 in square pitch, maka jumlah tube terdekat yang dipilih adalah 748 tubes dengan shell ID 35 in. b. Koreksi UD A = 748 x 16 x 0,1963 = 2349,32 ft2 F ft jam Btu 50 F 68 , 19 ft 32 , 2349 Btu/jam 9 2.313.465, Δt A Q U_D ₂ ₂         

Fluida panas : sisi tube (gas metana)

4. Flow area tube,

Jumlah tube pass, n = 8

Flow area tiap tube, at’ = 0,302 in2 (Kern, 1965) 2 ' t t 0,196ft 8 144 302 , 0 748 n 144 a Nt a        5. Kecepatan massa 196 , 0 62.977,3 t t a W G   = ₂ ft . jam lbm 8 , 312 . 321 6. Bilangan Reynold Pada tc = 10,31 F  = 0,0098 cP = 0,024 lbm/ft jam (Kern, 1965) 12 62 , 0 D = 0,052 ft (Kern, 1965)

Fluida dingin : sisi shell,( metana recycle)

4’. Flow area shell

Jumlah shell pass, n’ = 4

Ds = Diameter dalam shell = 19,25 in B = baffle spacing = 12 in PT = tube pitch = 1 in C’ = clearance = PT – ODtube C’ = 1 – ¾ = 0,25 in ' n P 144 B ' C Ds a T s _ _    2 s

0 ,

10 ft

4

1

144

2

1

25 ,

0

25 ,

19 a







’. Kecepatan massa 10 , 0 55.860,9 s s a W G   = ₂ ft . jam lbm 609 . 558 ’. Bilangan Reynold Pada Tc = 38,57 F