LAMPIRAN 2 NERACA PANAS FIX

(1)

LAMPIRAN B

PERHITUNGAN NERACA PANAS

Kapasitas Produksi : 12.000 ton/tahun Operasi Pabrik : 300 hari/tahun Basis Perhitungan : 1 jam operasi

Panas yang dihitung pada neraca panas ini, meliputi :

 Panas sensibel, yang dihitung apabila terjadi perubahan temperatur.

Q = n

∫

Tref T

CpdT dengan :

ΔT = T - To

Q : Panas yang dihasilkan/dikeluarkan, kJ.

Cp : Kapasitas panas, kJ/kmol.K.

n : Mol senyawa, kmol.

To : Temperatur referensi, 25^oC.

T : Temperatur senyawa, ^oC.

Keterangan : C_p.ΔT =

∫

T_o T

C_pdT

=

∫

T_o

T

(

^A +B.T²+CT¿¿ ¿³^¿¿+DT⁴+ET¿¿ ¿⁵^¿¿

)

^dt

= A

(

^T ⁻^T^o

)

⁺2^B

(

^T ⁻^T^o

)

²⁺^C3

(

^T ⁻^T^o

)

³⁺4^D

(

^T ⁻^T^o

)

⁴⁺5^D

(

^T ⁻^T^o

)

⁵

Harga A, B, C, D, dan E untuk masing–masing senyawa dapat dilihat pada tabel berikut :

Komponen Cp, liquid (kJ/kmol. K)

A B C D E

KOH(l) 71,429 0,0422 -0,000048 0,0000000172 H2O(l) 92,053 -0,03995 -0,000211 0,000000535

(Sumber: Yaws, C. L., 1999)

(2)

Komponen Cp,gas (kJ/kmol. K)

A B C D E

CO2(g) 27,437 0,042315 -0,0000196 0.00000054

H2O(g) 33,933 -0,0084186 0,00002991 -1,7825E-08 3,6934E-12 (Sumber: Yaws, C. L., 1999) Menurut Coulson & Richardson's Chemical Engineering Hand Book Vol.6, page 321, kapasitas panas masing-masing senyawa (fase solids & liquids) dapat dihitung menggunakan rumus berikut :

Specific Heat Capacity (kJ/kg°K)¿

Total Heat Capacity of the elements

(

^kmol^kJ ^{° K}

)

Total Mol Mass of the elemnts

(

^kmol^kg

)

 Cp KOH

Element Mol mass (kg/kmol)

Cp of the element (kJ/kmol.^oK)

Cp (kJ/kmol.^oK)

K 39,1 28,78 28,78

O 16 13,42 13,42

H 1 7,56 7,56

Total 56,1 49,76

Cp KOH (kJ/kg.^oK) 0,8869

 Cp K2CO3

Element Mol mass (kg/kmol)

Cp of the element (kJ/kmol.^oK)

Cp (kJ/kmol.^oK)

K 78,2 28,78 57,56

C 12 10,89 10,89

O 48 13,42 40,26

Total 138,2 108,71

Cp K2CO3 (kJ/kg.^oK) 0,7866

 Cp KHCO3

Element Mol mass Cp of the element Cp

(3)

(kg/kmol) (kJ/kmol.^oK) (kJ/kmol.^oK)

K 39,1 28,78 28,78

H 1 7,56 7,56

C 12 10,89 10,89

O 48 13,42 40,26

Total 100,1 87,49

Cp KHCO3 (kJ/kg.^oK) 0,8740

 Panas laten, yang dihitung apabila terdapat perubahan fase.

Q = n.ΔHv

dengan : Q : Panas laten senyawa, kJ.

n : Mol senyawa, kmol.

ΔHv : Panas penguapan, kJ/kmol.

 Panas reaksi, untuk menghitung panas yang dihasilkan dari reaksi kimia di reaktor.

ΔHR298,15 K = ΔHf produk – ΔHf reaktan

dengan : ΔHf = Panas pembentukan suatu senyawa pada 25^oC, kJ/kmol.

Untuk kondisi temperatur reaksi bukan pada 25^oC, panas reaksi dihitung dengan menggunakan rumus :

ΔHR = ΔHR298,15K +

∑

produk

n

∫

^CpdT⁻

∑

reaktan

n

∫

^CpdT

Harga Enthalpi Pembentukan ( Hf) masing-masing komponen pada 25°C :

Senyawa ΔHf (kJ/kmol)

KOH -482,370

CO2 -393,5

H2O -285,83

K2CO3 -1150,2

KHCO3 -959,3

(4)

1. MIXING TANK – 01 (MT – 01)

Fungsi : Alat untuk mencampurkan Air Proses dengan Potassium Hydroxide

Keterangan:

Q2 = Aliran panas Potassium Hydroxide dari Hopper-01 Q4 = Aliran panas air proses dari Tangki-01

Q5 = Aliran panas Potassium Hydroxide menuju Reactor-01

Kondisi Operasi Temperatur = 30℃

Tekanan = 1 atm

a. Panas Input MT – 01

 Panas sensibel aliran Q2 pada temperature = 30℃

Komponen n (kmol) ꭍ Cp.dT

(kJ/kmol) Q2 (kJ)

KOH 30,9436 0,8869 27,4466

Impurities 4,4753 158,8773 711,0356

H2O - - -

Total 35,4190 738,4822

Komponen n (Kmol) ꭍ Cp.dT (kJ/kmol) Q4 (kJ)

H2O 74,7518 377,5330 28.222,5027

(5)

a. Panas Output MT – 01

Neraca

Panas Mixing Tank – 01 (MT – 01)

Aliran Panas Masuk (kJ) Panas Keluar (kJ)

Q2 738,4822 0,0000

Q4 28.222,5027 0,0000

Q5 0,0000 28.960,9849

Total 28.960,9849 28.960,9849

1. TEE– 01 (TE – 01)

Fungsi : Membagi aliran dari Tangki-02 menjadi dua aliran menuju Reaktor- 01 dan aliran menuju Reaktor-02

Jenis : Tee Valve

Total 74,7518 28.222,5027

Komponen n (Kmol) ꭍ Cp.dT

KOH 30,9436 0,8869 27,4466

Impurities 4,4753 158,8773 711,0356

H2O 74,7518 377,5330 28.222,5027

Total 110,1708 28.960,9849

(6)

Keterangan:

Q7 = Aliran panas input CO2 dari Tangki-02 Q8 = Aliran panas output CO2 menuju Reaktor-01 Q16 = Aliran panas Output CO2 menuju Reaktor-02

Kondisi Operasi

Temperatur = 30℃

Tekanan = 1 atm

a. Panas Input TE – 01

b.

Panas Output TE – 01

 P a n a s s e n s i b e l a l i r a n Q

℃

Neraca Panas TEE – 01 (TE – 01)

Q7 13.235,3679 0

Q8 0 6.617,6839

Q16 0 6.617,6839

Total 13.235,3679 13.235,3679

Komponen n (kmol) ꭍ Cp.dT (kJ/kmol) Q7 (kJ)

CO2 68,7636 192,4763 13.235,3679

Total 68,7636 13.235,3679

CO2 34,3818 192,4763 6.617,6839

Total 34,3818 6.617,6839

CO2 34,3818 192,4763 6.617,6839

Total 34,3818 6.617,6839

(7)

1. HEATER– 01 (H – 01)

Fungsi : Memanaskan feed dari Tangki-02 sebelum memasuki Reaktor-01

Keterangan:

Q8 = Aliran panas input Tee-01 dari Tangki-02

Q9 = Aliran panas output Heater-01 menuju Reaktor-01

Qsteam = Aliran panas steam

Kondisi Operasi Tin = 30℃

Tout = 50℃

Tekanan = 1 atm

a. Panas Input H – 01

b.

Panas Output H – 01

a. Perhitungan Panas Input dan Output Steam Panas yang diberikan steam

Qsteam = Qout - Qin

= 33.358,3766 kJ - 6.617,6839 kJ

= 26.740,6927 kJ/jam

CO2 34,3818 192,4763 6.617,6839

Total 34,3818 6.617,6839

CO2 34,3818 970,2332 33.358,3766

Total 34,3818 33.358,3766

(8)

Media pemanas yang digunakan adalah saturated steam. Dari data table F.1 (Felder, 2005), untuk saturated steam pada T = 160℃ dan P = 6,1 atm.

 Enthalpy saturated vapor (HV) = 2.756,7 kJ/kg

 Enthalpy saturated liquid (HL) = 675,5 kJ/kg Jumlah steam yang dibutuhkan:

m_s = Q_s

\( H_V- H_L\)

m_s = 26.740,6927 kJ

\(2.756,7 kJ/kg - 675,5 kJ/kg\)

= 12,8487 kg

 Panas steam masuk (Qs-in) Qs-in = m x HV

= 12,8487 kg x 2.756,7 kJ/kg

= 35.419,98 kJ

 Panas steam keluar (Qs-out)

Qs-out = m x HL

= 12,8487 kg x 675,5 kJ/kg

= 8.679,29 kJ

Neraca Panas H – 01 (H – 01)

Q8 6.617,6834 0

Q9 0 33.358,3766

Qsteam-in 35.419,98 0

Qsteam-out 0 8.679,29

Total 42.037,6664 42.037,6664 2. HEATER– 02 (H – 02)

Fungsi : Memanaskan feed dari Tangki-02 sebelum memasuki Reaktor-02

(9)

Keterangan:

Q16 = Aliran panas input Tee-01 dari Tangki-02

Q17 = Aliran panas output Heater-02 menuju Reaktor-02

Tout = 50℃

Tekanan = 1 atm

b.

c. Perhitungan Panas Input dan Output Steam

Panas yang diberikan steam Qsteam = Qout - Qin

= 33.358,3766 kJ - 6.617,6839 kJ

= 26.740,6927 kJ/jam

Media pemanas yang digunakan adalah saturated steam. Dari data table F.1 (Felder, 2005), untuk saturated steam pada T = 160℃ dan P = 6,1 atm.

 Enthalpy saturated liquid (HL) = 675,5 kJ/kg Jumlah steam yang dibutuhkan:

CO2 34,3818 192,4763 6.617,6839

Total 34,3818 6.617,6839

CO2 34,3818 970,2332 33.358,3766

Total 34,3818 33.358,3766

(10)

m_s = Q_s

\( H_V- H_L\)

m_s = 26.740,6927 kJ

\(2.756,7 kJ/kg - 675,5 kJ/kg\)

= 12,8487 kg

= 12,8487 kg x 2.756,7 kJ/kg

= 35.419,98 kJ

Qs-out = m x HL

= 12,8487 kg x 675,5 kJ/kg

= 8.679,29 kJ

Q16 6.617,6834 0

Q17 0 33.358,3766

Qsteam-in 35.419,98 0

Qsteam-out 0 8.679,29

Total 42.037,6664 42.037,6664

1. REAKTOR– 01 (R – 01)

Fungsi :Tempat terjadinya reaksi Potassium Hydroxide (KOH) dan gas Carbondioxide (CO2) menghasilkan Potassium Carbonate (K2CO3) dan Air (H2O).

Jenis : Bubble Reactor

(11)

Keterangan:

Q6 = Aliran panas feed KOH dari Mixing Tank-01 Q9 = Aliran panas feed CO2 dari Heater-01 Q10 = Aliran panas output CO2

Q11 = Aliran panas produk Reaktor-01 menuju Filter Press-01

Temperatur = 50℃ Tekanan = 1 atm

a. Panas Input R – 01

 Panas sensibel yang masuk dari Mixing Tank-01 pada T= 30℃

 Panas sensibel yang masuk dari Heater-01 pada T = 50℃

Total Qin

= 70.124,79 kJ/jam a. Panas Reaksi dalam Reaktor

2 KOH + CO2  K2CO3 + H2O

ΔHf Reaktan pada Temperatur 25^oC

KOH 30,9436 4,4349 137,2331

Impurities 4,4753 158,8773 711,0356

H2O 74,7518 377,5330 28.222,5027

Total 110,1708 29.070,7713

CO2 34,3818 970,2332 33.358,3766

Total 34,3818 33.358,3766

(12)

ΔHf Produk pada Temperatur 25^oC

ΔHR 298,15 K = ΔHf produk - ΔHf reaktan

= -21.329,2731 kJ – (-20.173,8626 kJ)

= -1.155,4105 kJ

Panas Reaktan pada Temperatur 50^oC

Panas Produk pada Temperatur 50^oC

ΔQR total = ΔHR 298,15 K +

∑

produk

n

∫

^{Cp dT-}

∑

reaktan

n

∫

^{Cp dT}

Komponen n (Kmol) ΔHf (kJ/kmol) Qr (kJ)

KOH 29,7059 -482,370 -14.329,2292

CO2 14,8529 -393,500 -5.844.6335

Total 44,5588 -20.173,8626

Komponen n (Kmol) ΔHf (kJ/kmol) Qr (kJ) K2CO3 14,8529 -1.150,2 -17.083,8562

H2O 14,8529 -285.830 -4.245,4169

Total 29,7059 -21.329,2731

Komponen n (Kmol) ꭍ Cp.dT (kJ/kmol) Qr (kJ)

KOH 29,7059 2.010,44 59.721,928

CO2 14,8529 970,233 14.410,8187

Total 44,5588 74.132,7471

K2CO3 14,8529 19,6653 292,0882

H2O 14,8529 1.883,34 27.973,0931

Total 29,8529 28.265,1813

(13)

= -1.155,4105 kJ + (28.265,1813 kJ - 74.132,7471 kJ)

= -47.022,9763 kJ c. Panas Output R – 01

 Panas sensibel yang keluar dari R-01 (Q10) pada T = 50^oC

Total Qout = Q10 + Q11

= 56.195,79934 kJ/jam d. Kebutuhan air pendingin

Komponen n (Kmol) ꭍ Cp.dT

CO2 19,5289 970,233 18.947,5579

Total 54,9479 18.947,5579

KOH 1,2378 2.010,44 2.488,4137

Impurities 4,4754 794,3867 3.555,1779

H2O 14,8529 1.883,34 27.973,0931

K2CO3 14,8529 19,6653 292,0882

Total 54,9479 34.308,7729

(14)

Qin + Qcw in = Qout + QR + Qcw out (Felder, 2005) Qcw out – Qcw in = Qin – Qout – QR

= (70.124,7929 – 94.001,3415 – (-6.948,4760)) kJ Qcw out – Qcw in = 56.195,7934 kJ

Qcooling water = 56.195,7934 kJ

Media pendingin yang digunakan adalah air.

 Tin = 303,15 K

 Tout = 323,15 K

 Tref = 298,15 K

 Cp air = 4,1800 kJ/kg.K

Jumlah air pendingin yang dibutuhkan:

m = Q_cw

Cp_air x \( T₂−T₁)

m = 56.195,7934 kJ

4,1785 kJ /kg.K x \(323,15 - 30 3 ,15\) K = 448,1323 kg

Qcw-in = m x Cp x (Tin – Tref)

= 448,1323 kg x 4,1800 kJ/kg.K x (303,15 – 298,15) K

= 9.365,9656 kJ Qcw-out = m x Cp x (Tout – Tref)

= 448,1323 kg x 4,1800 kJ/kg.K x (323,15 – 298,15) K

= 65.591,7589 kg

Neraca Panas Reaktor – 01 (R – 01)

Q6 62.429,1479 0

Q9 33.358,3766 0

Q10 0 18.947,5579

Q11 0 34.308,7729

QR 0 -6.948,4760

Qcw-in 9.365,9656 0

Qcw-out 0 65.591,7589

(15)

Total 71.795,1135 71.795,1135

1. FILTER PRESS – 01 (FP – 01)

Fungsi : Sebagai tempat pemisahan Potassium Carbonate dari campuran slurry

Jenis : Plate and Frame Filter Press

Keterangan:

Q12 = Aliran input panas slurry dari Reaktor-01 Q13 = Aliran output panas filtrat menuju Tangki-03

Q14 = Aliran output panas slurry K2CO3 menuju Reaktor-02

Kondisi Operasi:

Temperatur = 50 ºC Tekanan = 1 atm a. Panas Input FP – 01

 Panas sensibel yang masuk dari R-01 (Q12) pada T = 50^oC

KOH 1,2377 2.010,44 2.488,4137

Impurities 4,4754 794,3867 3.555,1779

H2O 89,6048 1.883,34 168.755,9332

K2CO3 14,8529 19,6653 292,0882

Total 110,1708 175.091,613

(16)

b. Panas Output FP – 01

 Panas sensibel aliran Q13 pada T = 50^oC

Neraca Panas Filter Press – 01 (FP – 01) Aliran Panas Masuk (kJ) Panas Keluar (kJ)

Q12 175.091,613 0

Q13 0 146.878,335

Q14 0 28.213,2781

KOH 1,0397 2.010,44 2.090,2675

Impurities 3,7593 794,3867 2.986,3495

H2O 75,2680 1.883,34 141.754,9839

K2CO3 2,3765 19,6653 46,7341

Total 82,4435 146.878,335

KOH 0,1980 2.010,44 398,1462

Impurities 0,7161 794,3867 568,8285

H2O 14,3368 1.883,34 27.000,9483

K2CO3 12,4765 19,6653 245,3541

Total 27,7273 28.213,2781

(17)

Total 175.091,613 175.091,613

2. REAKTOR– 02 (R – 02)

Fungsi :Tempat terjadinya reaksi K2CO3, H2O dengan gas CO2 untuk menghasilkan Potassium Hydrogen Carbonate Crystal (KHCO3) Jenis : Bubble Reactor

Keterangan:

Q15 = Aliran panas feed slurry dari Filter Press-01 Q17 = Aliran panas feed CO2 dari Heater-02 Q18 = Aliran panas output CO2

Q19 = Aliran panas produk Reaktor-02 menuju Centrifuge-01

Temperatur = 50℃

Tekanan = 1 atm

a. Panas Input R – 02

 Panas sensibel yang masuk dari Chiller-01 pada T= 50℃

 P a n a s s e n s i b e l y a n g m a s u k d a r i

℃

KOH 0,1980 2.010,44 398,1462

Impurities 0,7161 794,3867 568,8285

H2O 14,3368 1.883,34 27.000,9493

K2CO3 12,4765 19,6653 245,3508

Total 27,7273 28.213,2781

(18)

Total Qin = Q15 + Q17

= 61.571,6547 kJ/jam

b. Panas Reaksi dalam Reaktor

K2CO3 + H2O + CO2  2KHCO3

ΔHf Reaktan pada Temperatur 25^oC

ΔHf Produk pada Temperatur 25^oC

= -22.979,8665 kJ – (-21.913,0383 kJ)

= -1.066,8283 kJ

CO2 34,3818 970,2332 33.358,3766

Total 34,3818 33.358,3766

H2O 11,9774 -285.830 -3.423,5042

CO2 11,9774 -393,500 -4.713,1124

Total 35,9322 -21.913,0383

KHCO3 23,9583 -959,3 -22.979,8665

Total 23,9583 -22.979,8665

(19)

Panas Reaktan pada Temperatur 50^oC

Panas Produk pada Temperatur 50^oC

ΔQR total = ΔHR 298,15 K +

∑

produk

n

∫

^{Cp dT-}

∑

reaktan

n

∫

^{Cp dT}

= -1.066,8283 kJ + (52.395,1976 kJ - 34.413,9264 kJ)

= -34.957,3261 kJ c. Panas Output R – 02

 Panas sensibel yang keluar dari R-01 (Q19) pada T = 50^oC Komponen n (Kmol) ꭍ Cp.dT (kJ/kmol) Qr (kJ)

K2CO3 11,9774 19,6653 235,5399

H2O 11,9774 1.883,34 22.557,5023

CO2 11,9774 970,2332 11.620,884

Total 35,9322 34.413,9264

KHCO3 23,9583 2187,25 52.395,1976

Total 23,9583 52.395,1976

CO2 22,4044 970,233 21.737,4939

Total 22,4044 21.737,4939

KOH 0,1980 2.010,44 398,1462

Impurities 0,7161 794,3867 568,8285

H2O 2,3593 1.883,34 4.443,4470

(20)

= 27.681,1584 kJ/jam d. Kebutuhan air pendingin

Qin + Qcw in = Qout + QR + Qcw out (Felder, 2005)

Qcw out – Qcw in = Qin – Qout – QR

= (61.571,6547– 27.681,1584 – (-34.957,3261)) kJ Qcw out – Qcw in = 68.847,8224 kJ

Qcooling water = 68.847,8224 kJ

Media pendingin yang digunakan adalah air.

 Tin = 303,15 K

 Tout = 323,15 K

 Tref = 298,15 K

 Cp air = 4,1800 kJ/kg.K

Jumlah air pendingin yang dibutuhkan:

m = Q_cw

Cp_air x \( T₂−T₁)

m = 68.847,8224 kJ

4,1785 kJ /kg.K x \(323,15 - 30 3 ,15\) K

K2CO3 0,4991 19,6653 9,8142

KHCO3 23,9548 21,8506 523,4285

Total 27.7273 5.943,6644

(21)

= 549,0257 kg

Qcw-in = m x Cp x (Tin – Tref)

= 549,0257 kg x 4,1800 kJ/kg.K x (303,15 – 298,15) K

= 11.474,6371 kJ Qcw-out = m x Cp x (Tout – Tref)

= 549,0257 kg x 4,1800 kJ/kg.K x (323,15 – 298,15) K

= 80.322,4596 kJ

Neraca Panas Reaktor – 02 (R – 02)

Q15 28.213,2781 0

Q17 33.358,3766 0

Q18 0 21.737,4939

Q19 0 5.943,6644

QR 0 -34.957,3261

Qcw-in 11.474,6371 0

Qcw-out 0 80.322,4596

Total 73.046,2918 73.046,2918

8. CENTRIFUGE – 01 (CSP – 01)

Fungsi : Sebagai tempat pemisahan filtrat dari campuran slurry

Keterangan:

Q20 = Aliran input panas slurry dari Reaktor-02 Q21 = Aliran output panas filtrat menuju Tangki-04

Q22 = Aliran output panas slurry KHCO3 menuju Rotary Kiln-01

(22)

Kondisi Operasi:

Temperatur = 50 ºC Tekanan = 1 atm a. Panas Input FP – 01

 Panas sensibel yang masuk dari R-02 (Q20) pada T = 50^oC

b. Panas Output CSP – 01

KOH 0,1980 2.010,44 398,1462

Impurities 0,7161 794,3867 568,8285

H2O 2,3593 1.883,34 4.443,4470

K2CO3 0,4991 19,6653 9,8142

KHCO3 23,9548 21,8506 523,4285

Total 27.7273 5.943,6644

KOH 0,1941 2.010,44 390,1833

Impurities 0,7017 794,3867 557,4519

H2O 2,3122 1.883,34 4.354,5781

K2CO3 0,0099 19,6653 0,1962

KHCO3 0,4791 21,8506 10,4686

Total 3,6971 5.312,8781

(23)

Neraca Panas Centrifuge – 01 (FP – 01)

Q20 5.943,6644 0

Q21 0 5.312,8781

Q22 0 630,7863

Total 5.943,6644 5.943,6644

9. ROTARY KILN– 01 (RK – 01)

Fungsi :Tempat terjadinya dekomposisi Potassium Hydrogen Carbonate Crystal (KHCO3) menjadi Potassium Carbonate (K2CO3)

Jenis : Rotary Kiln

Keterangan:

Q23 = Aliran panas feed slurry dari Centrifuge-01 Q26 = Aliran panas udara pemanas dari Heater-03

Q31 = Aliran panas dry cake K2CO3 menuju Belt Conveyor

KOH 0,0039 2.010,44 7,9629

Impurities 0,0143 794,3867 11,3766

H2O 0,0472 1.883,34 88,8689

K2CO3 0,4891 19,6653 9,6179

KHCO3 23,4757 21,8506 512,9599

Total 24,0303 630,7863

(24)

Q27 = Aliran panas vapor waste menuju cyclone

Kondisi Operasi

Temperatur = 500℃

Tekanan = 1 atm

a. Panas Input RK – 01

 Panas sensibel yang masuk dari CSP-01 (Q23) pada T = 50^oC

b. Panas Output RK – 01

 Panas sensibel aliran Q27 menuju cyclonepada T = 500^oC

KOH 0,0039 2.010,44 7,9629

Impurities 0,0143 794,3867 11,3766

H2O 0,0472 1.883,34 88,8689

K2CO3 0,4891 19,6653 9,6179

KHCO3 23,4757 21,8506 512,9599

Total 24,0303 630,7863

KOH 0,00012 39.197,4168 4,6476

Impurities 0,00043 15.093,3473 6,4846

H2O 11,0899 16.963,6322 188.125,48

CO2 11,04416 21.306,5457 235.312,8544

K2CO3 0,3562 373,6415 133,1076

KHCO3 0,6831 415,1623 283,6156

(25)

 Panas sensibel aliran Q31 menuju Rotary Cooler pada T = 500^oC

= 441.635,0803 Kj

c. Reaksi dalam Rotary Kiln

2KHCO3  K2CO3 + H2O + CO2

ΔHf Reaktan

Total 23,1740 423.866,1998

KOH 0,0038 39.197,4168 150,5949

Impurities 0,0139 15.093,3473 209,6702

H2O 0,3429 16.963,6322 5.818,3138

CO2 0,3415 21.306,5457 7.277,7171

K2CO3 11,5186 373,6415 4.303,8128

KHCO3 0,0211 415,1623 8,7716

Total 12,2419 17.768,8805

KHCO3 22,7715 -959,3 -21.844,6611

(26)

ΔHf Produk

= -20.329,4482 kJ – (-21.844,6611 kJ) = 1.515,2129 kJ

d. Perhitungan Panas Penguapan Air

T = 600℃

Tref = 25℃

HV 873 K = -2.124.009,75 kj/kmol

Qv = n H2O x HV

= 11,3853 Kmol x (-2.124.009,75 kJ/kmol)

= 24.183.401,04 kJ

Panas Masuk (Q in) = 630,7863 kJ Panas Keluar (Q out) = 441.635,0803 kJ Panas Reaksi (Qr) = 1.515,2129 kJ Panas Penguapan (Qv) = 24.183.401,04 kJ

Panas yang dibutuhkan (Qt) = ( Qout + Qr + Qv) – Qin

Q26 = (441.635,0803 + 1.515,2129 + 24.183.401,04) kJ - 630,7863kJ = 24.625.920,5 kJ

e. Perhitungan Panas Udara Kering

Total 22,7715 -21.844,6611

H2O 11,3857 -241,830 -2.753,2972

CO2 11,3857 -393,5 -4.480,2847

Total 34,1572 -20.329,4482

(27)

 Panas yang dibutuhkan pada proses pengeringan

= Qout – Qin

= (Q27 + Q31) – Q23

= (423.866,1998 kJ + 17.768,8805 kJ) – 630,7863 kJ

= 441.004,2940 kJ

 Menghitung jumlah udara yang dibutuhkan Udara mengandung 79% N2 dan 21% O2

Entalpi udara masuk (Hin) pada temperatur 550^oC

Entalpi udara keluar (Hout) pada temperatur 500^oC

Q = n x Cp dT Q = n x ΔH n= Q

ΔH

n= 441.004,2940 kJ

\( 15.875,0854 – 14.302,8765 \) kJ/kmol n= 280,4998 kmol

 Panas sensibel Qudara-in (Q) pada temperatur 550^oC Komponen Fraksi

Mol Hkomponen (kJ/kmol) Hudara (kJ/kmol)

N2 (g) 0,79 15.679,8367 12.387,0709

O2 (g) 0,21 16.609,5924 3.488,0144

Total 1,00 15.875,0854

Komponen Fraksi

N2 (g) 0,79 14.137,4257 11.168,5663

O2 (g) 0,21 14.925,2864 3.124,3101

Total 1,00 14.302,8765

Komponen n (Kmol) ꭍ Cp.dT (kJ/kmol) Q (kJ)

N2 (g) 221,5948 15.679,8367 3.474.571,021

O2 (g) 58,9049 16.609,5924 978.387,367

(28)

 Panas sensibel Qudara-out (Q) pada temperatur 500^oC

Q loss = Qin udara – Qout udara

= 4.452.958,287 kJ - 4.011.954,09 kJ

= 441.004,294 kJ

Neraca Panas Rotary Kiln – 01 (RK – 01) Aliran Panas Masuk (kJ) Panas Keluar (kJ)

Q23 630,7863 0

Q27 0 423.866,1998

Q31 0 17.768,8805

Q26 24.625.920,5 0

Qr 0 1.515,2129

Qin udara 4.452.958,287 0

Qout udara 0 4.011.954,09

Qv 0 24.183.401,04

Qloss 0 441.004,294

Total 29.079.509,72 29.079.509,72

Total 280,4998 4.452.958,287

N2 (g) 221,5948 14.137,4257 3.132.780,7

O2 (g) 58,9049 14.925,2864 879.173,39

Total 280,4998 4.011.954,09

(29)

10. HEATER– 03 (H – 03)

Fungsi : Meningkatkan temperature aliran udara menuju RK-01

Keterangan:

Q25 = Aliran panas input Heater-03 dari BL-01 Q26 = Aliran panas output Heater-03 menuju RK-01

Tout = 50℃

Tekanan = 1 atm

b.

N2 221,5948 145,3667 32.212,5531

O2 58,9049 147,3868 8.681,8160

Total 280,4998 40.894,3691

Komponen n (kmol) ꭍ Cp.dT (kJ/kmol) Q26 (kJ) N2 221,5948 15.679,8367 3.474,571,021

O2 58,9049 16.609,5924 978.387,367

(30)

c. Perhitungan Panas Input dan Output Steam Panas yang diberikan steam

Qsteam = Qout - Qin

= 4.452.958,387 kJ - 40.894,3691 kJ

= 4.412.064,018 kJ

Media pemanas yang digunakan adalah superheated steam. Dari data table C.1 a (ME 201 Section 001, 2012), untuk superheated steam pada T = 600

℃ dan P = 9,8629 atm.

 Enthalpy saturated liquid (HL) = 3.292,91 J/kg Jumlah steam yang dibutuhkan:

m_s = Q_s

\( H_V- H_L\)

m_s = 4.412.064,018 kJ

\( 3.693,93 kJ/kg - 3.292,91 kJ/kg\)

= 11.002,1047 kg

= 11.002,1047 kg x 3.693,93 kJ/kg

= 40.641.004,54 kJ

Qs-out = m x HL

= 11.002,1047 kg x 3.292,91 kJ/kg

= 36.228.940,52 kJ

Q25 40.894,3691 0

Total 280,4998 4.452.958,387

(31)

Q26 0 4.452.958,387

Qsteam-in 40.641.004,54 0

Qsteam-out 0 36.228.940,52

Total 40.681.898,91 40.681.898,91

11. BLOWER – 01 (BL – 01)

Fungsi : Mengalirkan udara menuju Heater-03

Keterangan:

Q24 = aliran panas udara input Blower-01 Q25 = aliran panas udara output Blower-01

Kondisi Operasi:

Temperatur = 30^oC Tekanan = 1 atm

a. Panas Input BL – 01

 Panas sensibel aliran Q24 pada temperatur 30^oC

b. Panas Output BL – 01

 Panas sensibel aliran Q25 pada temperatur 30^oC

N2 (g) 221,5948 145,3667 32.212,5531

O2 (g) 58,9049 147,3868 8.681,8160

Total 280,4998 40.894,3691

N2 (g) 221,5948 145,3667 32.212,5531

O2 (g) 58,9049 147,3868 8.681,8160

(32)

Neraca Panas Blower – 01 (BL – 01)

Q24 40.894,3691 0,0000

Q25 0,0000 40.894,3691

Total 40.894,3691 40.894,3691

12. ROTARY COOLER– 01 (RC – 01)

Fungsi : Tempat pendingian dry cake Potassium Carbonate dari RK-01 Jenis : Rotary Cooler

Keterangan:

Q31 = Aliran panas dry cake K2CO3 dari RK-01 Q32 = Aliran panas cake K2CO3 menuju Silo Tank-01

Kondisi Operasi

Temperatur = 50℃

Tekanan = 1 atm

a. Panas Input RC – 01

Total 280,4998 40.894,3691

(33)

 Panas sensibel yang masuk dari RC-01 (Q31) pada T = 500^oC

b. Panas Output RC – 01

 Panas sensibel aliran Q32 menuju Rotary Cooler pada T = 50^oC Komponen n (Kmol) ꭍ Cp.dT (kJ/kmol) Q31 (kJ)

KOH 0,0039 39.197,4168 155,2432

Impurities 0,0143 15.093,3473 216,1419

H2O 0,3652 16.963,6322 6.194,5648

CO2 0,3637 21.306,5457 7.748,3429

K2CO3 11,8741 373,6415 4.436,6542

KHCO3 0,0225 415,1623 9,3389

Total 12,6437 18.760,2858

KOH 0,0038 2.010,44 7,9624

Impurities 0,0139 794,3867 11,3759

H2O 0,3429 1.883,34 307,6882

CO2 0,3415 970,2332 352,8352

K2CO3 11,5186 19,6653 233.5081

KHCO3 0,0211 21,8506 0,4915

Total 12,2419 913,8614

(34)

c. Perhitungan Panas Udara Pendingin

 Panas yang dibutuhkan pada pendingian

= Qout – Qin

= 913,8614 kJ - 18.760,2858 kJ

= - 17.846,4244 kJ

Menghitung jumlah udara yang dibutuhkan Udara mengandung 79% N2 dan 21% O2

Entalpi udara masuk (Hin) pada temperatur -25^oC

Entalpi udara keluar (Hout) pada temperatur 50^oC

Q = n x Cp dT Q = n x ΔH n = Q

ΔH

n = −17.846,4244 kJ

\( -1.469,1982 – 730.7093 \) kJ/kmol n = 8,1124 kmol

 Panas sensibel Qudara-in (Q) pada temperatur -25^oC Komponen Fraksi

N2 (g) 0,79 -1.159,0919 -1,467,2049

O2 (g) 0,21 -310,1063 -1.476,6967

Total 1,00 -2.943,9016

Komponen Fraksi

N2 (g) 0,79 577,1683 730,5928

O2 (g) 0,21 153,5409 731,1475

Total 1,00 1461.74

N2 (g) 6,4088 -1.159,0919 - 9.402,9618

O2 (g) 1,7036 -310,1063 -2.515,6916

(35)

 Panas sensibel Qudara-out (Q) pada temperatur 50^oC

Neraca Panas Rotary Cooler – 01 (RC – 01) Aliran Panas Masuk (kJ) Panas Keluar (kJ)

Q31 18.760,2858 0

Q32 0 913,8614

Qin udara -11.918,6534 0

Qout udara 0 5.927,7709

Total 6.841,6323 6.841,6323

Total 8,1124 -11.918,6534

N2 (g) 6,4088 577,1683 4.682,1924

O2 (g) 1,7036 153,5409 1.245,5785

Total 8,1124 5.927,7709