LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA

Transkripsi

1 LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA Kapasitas produksi dimetil eter (96%) = ton/tahun, dengan ketentuan sebagai berikut : 1 tahun = 330 hari kerja 1 hari kerja = 24 jam Basis = 1 jam Kapasitas pabrik tiap jam = 5000 ton/tahun 1000 kg/ton 1tahun / 330hari 1hari / 24 jam = 6313,16516 kg/jam A.1 Rotary Dryer (RD-101) Rotary Dryer (RD-101) digunakan untuk mengeringkan umpan tandan kosong kelapa sawit (TKKS) dari kandungan air awal sebesar 25% menjadi kandungan air yang diinginkan untuk gasifikasi yaitu 12% (Lee,dkk, 2006) Input : F 2 : Aliran umpan tandan kosong kelapa sawit dengan kandungan air 25% F 13 Output : F 14 : Aliran gas pemanas dari buangan Cyclone ke-2 (S-202) : Aliran gas panas setelah mengeringkan tandan kosong kelapa sawit F 3 : Aliran tandan kosong kelapa sawit dengan kandungan air 12%

2 Neraca Massa Total : F 2 + F 13 = F 14 + F 3 Neraca Massa Komponen : H 2 O F 2 H 2 O + F 13 H 2 O = F 14 H 2 O + F 3 H 2 O N 2 F 13 N 2 = F 14 N 2 O 2 F 13 O 2 = F 14 O 2 CO 2 F 13 CO 2 = F 14 CO 2 SO 2 F 13 SO 2 = F 14 SO 2 TKKS F 2 TKKS = F 3 TKKS Berat total TKKS input aliran 2 Kandungan air dalam TKKS mula-mula Berat air dalam TKKS mula-mula Kandungan air dalam TKKS diinginkan = ,000 kg = 25 % berat = 25351,000 kg = 12 % berat Misal : Berat air dalam TKKS setelah dikeringkan = a kg Berat TKKS basis kering = b = 76053,000 kg Sehingga, a / (a + b) = 0,12 a = 0,12a + 0,12b a = 0,12b / 0,88 a = 10370,864 kg Berat air teruapkan = berat air dalam TKKS mula-mula berat air dalam TKKS setelah dikeringkan = 14980,136 kg

3 Tabel A.1 Neraca Massa pada Rotary Dryer (RD-101) Komponen Masuk (kg) Keluar (kg) Aliran 2 Aliran 13 Aliran 14 Aliran 3 H 2 O 25351, , , ,864 N , ,916 O , ,395 CO , ,301 SO 2 858, ,941 Olivine 205, ,010 MgO 14,110 14,110 Abu 28,219 28,219 Char 1,681 1,681 TKKS 76053, ,000 Subtotal , , , ,864 Total , ,282

4 A.2 Reaktor Gasifier (R-201) Reaktor Gasifier (R-201) digunakan untuk mengubah umpan tandan kosong kelapa sawit (TKKS) menjadi gas sintesis (syngas) dengan proses gasifikasi Input : F 3 F 12 Output : F 4 : Aliran tandan kosong kelapa sawit yang telah dikeringkan : Aliran olivine yang terbawa dari Cyclone ke-2 (S-202) : Aliran gas sintesis yang terbentuk dari proses gasifikasi Neraca Massa Total : F 3 + F 12 = F 4 Neraca Massa Komponen : H 2 O F 3 H 2 O + F 4 H 2 O = F 4 H 2 O TKKS F 3 TKKS H 2 F 4 H 2 CO 2 F 4 CO 2 CO F 4 CO CH 4 F 4 CH 4 C 2 H 4 F 4 C 2 H 4 C 2 H 6 F 4 C 2 H 6 Char F 4 Char

5 Olivine F 12 Olivine = F 5 Olivine Tabel A.2 Parameter Operasi Gasifier, Yield dan Komposisi Gas Hasil Sintesis Variabel Gasifier Nilai Tipe Gasifier BCL (Battelle Columbus Laboratory) Temperatur Operasi 1598 o F (870 o C) Tekanan Operasi 23 psia (1,6 bar) Steam per umpan TKKS 0,39725 lb/lb TKKS (basis kering) Olivine yang di-recycle lb/lb TKKS (basis kering) Komposisi gas sintesis % mol H 2 20,960 CO 2 11,100 CO 46,300 CH 4 15,700 C 2 H 4 5,200 C 2 H 6 0,740 Gas hasil sintesis 0,03503 lb-mol gas kering/lb TKKS (basis kering) Char yang dihasilkan 0,221 lb/lb TKKS (basis kering) Sumber : Technical Report NREL/TP May 2005 A.2.1 Menghitung aliran massa masing-masing komponen dalam gas hasil sintesis Massa TKKS (basis kering) = 76053,000 kg = ,444 lb Mol gas hasil sintesis = 0,03503 lb-mol gas/lb TKKS (basis kering) = 0,03503 x ,444 lb = 5873,356 lb-mol = 2664,109 kmol Dari tabel A.2, aliran massa masing-masing komponen gas dapat dihitung dengan rumus : dimana : m i m i = x i n gas BM i = massa gas komponen i (kg)

6 x i n gas BM i = fraksi mol komponen i = mol gas kering (kmol) = berat molekul komponen gas i Komponen gas xi ngas (kmol) BMi mi (kg) H 2 558,397 2, ,963 CO 2 295,716 44, ,468 CO 1233,483 28, ,849 CH 4 418,265 16, ,973 C 2 H 4 138,534 28, ,870 C 2 H 6 19,714 30, ,812 A.2.2 Menghitung komponen H 2 O dalam gas sintesis Kebutuhan Steam = 0,39725 lb/lb TKKS (basis kering) = 0, ,444 lb = 66605,495 lb = 30212,054 kg Maka, H 2 O dalam gas sintesis = H 2 0 aliran 3 + H 2 O aliran 3a = 10370, ,054 = 40582,918 kg A.2.3 Menghitung olivine yang di-recycle ke R-201 (aliran 12) Olivine yang di-recycle = 26,927 lb/lb TKKS (basis kering) = 26, ,444 lb = ,852 lb = ,626 kg A.2.4 Menghitung char yang dihasilkan Char yang dihasilkan = 0,221 lb/lb TKKS (basis kering) = 0, ,444 lb = 37054,284 lb = 16807,713 kg

7 Tabel A.3 Neraca Massa pada Reaktor Gasifier (R-201) Komponen Masuk (kg) Keluar (kg) Aliran 3 Aliran 3a Aliran 12 Aliran 4 H ,963 CO ,468 CO 34549,849 H 2 O 10370, , ,918 CH ,973 C 2 H ,870 C 2 H 6 592,812 Olivine , ,626 Char 16807,713 TKKS 76053,000 0,000 Subtotal 86423, , , ,543 Total , ,543

8 A.3 Char Combustor (R-202) Char Combustor berfungsi untuk membakar char (arang) hasil dari gasifikasi pada Reaktor Gasifier (R-201) Input : F 5 F 8 F 10 Output : F 11 : Aliran char + olivine dari Cyclone ke-1 (S-201) : Aliran make up olivine + MgO : Aliran udara pembakar : Aliran produk dari Char Combustor (R-202) Neraca Massa Total : F 5 + F 8 + F 10 = F 11 Neraca Massa Komponen : H 2 O F 11 H 2 O N 2 F 10 N 2 = F 11 N 2 O 2 F 10 O 2 = F 11 O 2 CO 2 F 11 CO 2 SO 2 F 11 SO 2 Olivine F 5 Olivine + F 8 Olivine= F 11 Olivine MgO F 5 MgO + F 8 MgO = F 11 MgO

9 Abu F 11 Abu Char F 6 Char = F 11 Char Komposisi TKKS (basis kering) : Komponen C H O N S Abu % berat 43,52 5,72 48,9 1,2 0,66 4,5 Kandungan air TKKS = 12 % Sumber : Thermodynamic Data for Biomass Conversion and Waste Incineration A.3.1 Menghitung komposisi char yang terbentuk dari gasifikasi TKKS Kapasitas bahan baku (TKKS) = kg (basis kering) = ,444 lb a. Karbon (C) pada char TKKS F 3 C TKKS = 43,52 % kapasitas bahan baku (TKKS) = 33098,3 kg Karbon pada gas hasil sintesis Karbon pada gas hasil sintesis dihitung dengan rumus : dimana : C i BM Ci BM i m i C i = (BM Ci / BM i ) m i = kandungan karbon pada komponen gas i (kg) = berat molekul total unsur karbon dalam komponen gas i (kg/kmol) = berat molekul komponen gas i (kg/kmol) = massa komponen gas i (kg) Komponen gas i BM i BM Ci BM Ci /BM i m i C i CO 2 44, , , ,618 CO 28, , , ,316 CH 4 16, , , ,275 C 2 H 4 28, , , ,358 C 2 H 6 30, , , ,147 Total kandungan karbon pada gas hasil sintesis (gasifikasi) 27165,715

10 Maka, karbon pada char TKKS = karbon pada TKKS karbon pada gas sintesis = 33098, ,715 = 5932,551 kg b. Hidrogen (H) pada char TKKS F 3 H TKKS = 5,72 % kapasitas bahan baku (TKKS karet) = 4350,23 kg Hidrogen pada gas hasil sintesis Hidrogen pada gas hasil sintesis dihitung dengan rumus : dimana : H i BM Hi BM i m i H i = (BM Hi / BM i ) m i = kandungan hidrogen pada komponen gas i (kg) = berat molekul total unsur hidrogen dalam komponen gas i (kg/kmol) = berat molekul komponen gas i (kg/kmol) = massa komponen gas i (kg) Komponen gas i BM i BM Hi BM Hi /BM i m i H i H 2 2,016 2,016 1, , ,963 CH 4 16,0429 4,032 0, , ,140 C 2 H 4 28,0538 4,032 0, , ,492 C 2 H 6 30,0699 6,048 0, , ,233 Total kandungan hidrogen pada gas hasil sintesis (gasifikasi) 3491,828 Maka Hidrogen pada char TKKS = Hidrogen pada TKKS Hidrogen pada gas sintesis = 4350, ,828 kg = 858,403 kg c. Oksigen (O) pada char TKKS Oksigen pada TKKS = 48,9 % kapasitas bahan baku (TKKS karet) = 37189,9 kg Oksigen pada gas hasil sintesis Oksigen pada gas hasil sintesis dihitung dengan rumus : O i = (BM Oi / BM i ) m i

11 dimana : O i BM Oi BM i m i = kandungan oksigen pada komponen gas i (kg) = berat molekul total unsur oksigen dalam komponen gas i (kg/kmol) = berat molekul komponen gas i (kg/kmol) = massa komponen gas i (kg) Komponen gas i BM i BM Oi BM Oi /BM i m i O i CO 2 44, ,998 0, , , CO 28, ,9988 0, , ,6084 Total kandungan oksigen pada gas hasil sintesis (gasifikasi) 29195,87988 Maka oksigen pada char TKKS = Oksigen pada TKKS Oksigen pada gas sintesis = 37189, ,87988 = 7994,04 kg d. Nitrogen (N) pada char TKKS Nitrogen pada TKKS = 1,2 % kapasitas bahan baku (TKKS) = 912,636 kg e. Sulfur (S) pada char TKKS F 3 S TKKS = 0,66 % kapasitas bahan baku (TKKS) = 501,95 kg Sulfur pada gas hasil sintesa (gasifikasi) Dalam gas sintesa TKKS dihasilkan komponen sulfur, namun yield H 2 S akan berkurang seiring dengan peningkatan suhu. Karena pada suhu >460 o C, komponen sulfur tidak membentuk senyawa yang berikatan dengan komponen lainnya (Mostovoi, dkk, 2007). Sehingga komponen sulfur dalam TKKS yang jumlahnya sangat sedikit juga tidak membentuk gas H 2 S atau berikatan dengan senyawa lainnya. Sehingga komponen sulfur dalam gas sintesis adalah: F 5 S gas sintesa TKKS = 0 kg F 5 S char = F 2 S TKKS F 5 S gas sintesa TKKS

12 = 501,95 0 = 501,95 kg f. Abu pada char TKKS F 3 Abu TKKS F 3 Abu TKKS F 6 Abu char = F 6 Abu char = 3422,39 kg = 3422,39 kg A.3.2 Estimasi formula (rumus molekul) char TKKS F 6 total char TKKS = F 6 C char + F 6 H char + F 6 O char + F 6 N char + F 6 S char + F 6 Abu char = kg Komposisi char TKKS Komponen C H O N S Abu berat (kg) 5932, , , , , ,385 % berat (% w) 30,2342 4,375 40,740 4,651 2,558 17,442 Digunakan perbandingan antara Char kayu poplar dengan Char TKKS BM Char poplar * = BM 1 = 217 kg/mol HHV char poplar * = HHV 1 = 13058,17 Btu/lb = 30373,582 kj/kg * Sumber : Technical Report NREL/TP May 2005 # Menghitung HHV char TKKS (HHV 2 ) HHV = 146,58 %w C +568,78 %w H 51,53 (%w O + %w N )+29,45 %w S 6,58%w Abu (Sumber : Thermodynamic Data for Biomass Conversion and Waste Incineration) HHV 2 = 4541,53 Btu/lb = 10563,706 kj/kg # Menghitung BM char TKKS (BM 2 ) BM 2 = (HHV 2 BM 1 ) / HHV 1 BM 2 = 75,471 4 kg/mol Misalkan rumus molekul char TKKS : C p H y O z N b S t Abu r p = (X C x BM 2 ) / BM C y = (X H x BM 2 ) / BM H p = 1, y = 3,2754

13 z = (X O x BM 2 ) / BM O b = (X N x BM 2 ) / BM N z = 1, b = 0,2507 t = (X S x BM 2 ) / BM S r = (X Abu x BM 2 ) / BM Abu t = 0, r = 0,4293 Ket. : X C, X H, X O, X N, X S, dan X Abu merupakan fraksi berat C, H, O, N, S, dan Abu Maka formula char TKKS adalah : C 1,89 H 3,27 O 1,92 N 0,25 S 0,06 Abu 0,42 A.3.3 Menghitung produk pembakaran char TKKS Reaksi pembakaran sempurna char TKKS : C 1,8 H 3,2 O 1,9 N 0,2 S 0,06 Abu 0,42 + 7,457 O 2 8,5 CO 2 + 0,049 SO 2 + 0,07 H 2 O +0,227Abu In : 222, , Reaksi : σ char r σ O2 r σ CO2 r σ SO2 r σ H2O r σ Abu r Out : N 8 char N 8 O2 N 8 CO2 N 8 SO2 N 8 H2O N 8 Abu Char yang terbakar = F 11 char = 99,990 % char yang dihasilkan r 10a Nchar X = char char 222,704 0, ,682 1 C 1,8 H 3,2 O 1,9 N 0,2 S 0,06 Abu 0,42 + 7,457 O 2 8,5 CO 2 + 0,049 SO 2 + 0,07 H 2 O +0,227Abu In : 222, , Reaksi : 222, , , , , ,5891 Out : 0, , , , , ,5891 Komponen udara Fraksi mol N 2 0,79 O 2 0,21 N 10 O2 teoritis = 404,821 kmol N 9 Udara berlebih (excess air) = 12% N 9 O2 dalam excess air = 404,82 (1 + 0,12) = 453,399 kg F 9 O2 dalam excess air = 14507,690 kg N 9 N2 dalam excess air = 0,79 / 0,21 453,399 = 1705,645 kmol

14 F 9 N2 dalam excess air = 47780,916 kg N 11 CO2 = 423,047 kmol F 10 CO2 = 423,047 kmol 44,0097 kg/kmol = 18618,3 kg N 11 SO2 = 13,408 kmol F 11 SO2 = 13,408 kmol 64,0616 kg/kmol = 858,941 kg N 11 H2O = 364,69 kmol F 11 H2O = 364,69 kmol 18,0151 kg/kmol = 6571,71 kg N 11 Abu = 95,5892 kmol F 11 Abu = 95,5892 kmol 30,7498 kg/kmol = 2939,35 kg N 11 N2 = N 7 N2 = 453,399 kmol F 11 N2 = 453,399 14, kg/kmol = 12701,3 kg N 11 O2 = 48,578 kmol F 11 O2 = 48,578 kmol 15, kg/kmol = 1554,4 kg N 11 char = 0,02227 kmol F 11 char = 0,02227 kmol 168,67 kg/kmol = 1,68077 kg

15 Tabel A.4 Neraca Massa pada Char Combustor (R-202) Komponen Masuk (kg) Keluar (kg) Aliran 10 Aliran 8 Aliran 5 Aliran 11 H 2 O 6571, N , ,92 O , , CO ,3008 SO 2 858, Olivine 2252, , ,252 MgO 14, ,9143 Abu 2939,348 Char 19621,962 1,681 Subtotal aliran 62288, , , ,932 Total , ,932

16 A.4 Cyclone 1 (S-201) Cyclone 1 (S-101) berfungsi memisahkan partikel char + olivine + abu yang terbawa aliran gas hasil sintesis dari Reaktor Gasifier (R-101) Aliran 4 adalah gas sintesa + char + olivine yang berasal dari Gasifier (R-201) Aliran 5 adalah olivine + abu Aliran 16 dalah produk gas sintesis + residu char Cyclone 1 (S-101) memisahkan mayoritas 99,9% olivine dan char Neraca massa komponen : Char : F 6 char = 99,90% F 5 char = 16806,032 kg Olivine : F 6 Olivine = 99,90% F 4 Olivine = ,841 kg Tabel A.5 Neraca Massa pada Cyclone 1 (S-201) Komponen Masuk (kg) Keluar (kg) Aliran 4 Aliran 5 Aliran 16 H , ,963 CO , ,918 CO 34549, ,849 H 2 O 13014, ,468 CH , ,973 C 2 H 4 592, ,812 C 2 H , ,870 Olivine , , ,784 Char 16807, ,032 1,681 Subtotal , , ,874 Total aliran , ,192

17 A.5 Cyclone 2 (S-202) Cyclone 2 (S-202) berfungsi memisahkan 99,9% olivine dari gas pembakaran dan selanjutnya olivine dikirim kembali ke reaktor gasifier (R-201) Aliran 11 adalah gas hasil pembakaran + char + olivine yang berasal dari Char Combustor (R-202) Aliran 13 adalah gas buang + abu Aliran 12 adalah olivine yang dikirim kembali ke gasifier (R-201) Neraca massa komponen : Olivine : F 12 char = 99,90% F 8 char = kg Olivine : F 9 Olivine = F 8 Olivine F 10 Olivine = 1974,249 kg Tabel A.6 Neraca Massa pada Cyclone 02 (CY-02) Komponen Masuk (kg) Keluar (kg) Aliran 11 Aliran 13 Aliran 12 H 2 O 6571, ,710 N , ,916 O , ,395 CO , ,301 SO 2 858, ,941 Olivine , , ,243 MgO 13,914 13,914 0,000 Abu 28,219 28,219 0,000 Char 1,681 1,681 0,000 Subtotal aliran , , ,243 Total aliran , ,330

18 A.6 Mix Point MgO dan Make-up Olivine (MP-101) Mix Point MgO dan Make-up Olivine berfungsi sebagai titik pencampuran aliran make up olivine + MgO Aliran 6 adalah aliran Make Up Olivine Aliran 7 adalah aliran MgO Aliran 8 adalah aliran Keluar Mix Point Asumsi : Potasium (Kalium) di dalam abu CKS adalah 0,2 % berat Aliran MgO ditentukan sebesar dua kali aliran molar potasium dalam abu total Abu total = Abu TKKS + abu dari Cyclone 2 (S-202) Abu dalam TKKS = 4,5% dari massa TKKS basis kering = 3422,385 kg Abu = 3422,385 kg/jam Potasium dalam abu in = 6,84477 kg/jam BM Potasium = 39,102 g/mol Aliran molar potasium = Potasium dalam abu in / BM Potasium = 0,175 kmol/jam BM MgO MgO suplai = 40,302 g/mol = 2 Aliran molar potassium = 0,350 kmol/jam = 14,110 kg/jam = ,490 kg/tahun

19 Make up olivine yang diperlukan adalah 0.11 % dari olivine yang kembali ke R-202 untuk menutupi olivine yang terbuang dari cylone. F 12 olivine = 0,0011 olivine yg di recycle = 0, ,626 = 2252,627 kg/jam = ,95 kg/tahun Tabel A.7 Neraca Massa pada Mix point Komponen Masuk (kg) Keluar (kg) Aliran 6 Aliran 7 Aliran 8 Olivine 2252, ,627 MgO 14,110 14,110 Subtotal aliran 14, , ,737 Total 2266, ,737

20 A.7 Reformer (R-203) Reformer (R-203) berfungsi untuk mengkonversi CH 4, C 2 H 4 dan C 2 H 6 menjadi CO dan H Aliran 16 adalah aliran dari Cyclone 2 (S-202) Aliran 18 adalah aliran gas sintesis keluaran R-203 Reaksi yang terjadi di reformer: CH 4 + H 2 O CO + 3 H 2 (Reaksi 1) C 2 H H 2 O 2 CO + 4 H 2 (Reaksi 2) C 2 H H 2 O 2 CO + 5 H 2 (Reaksi 3) Konversi CH 4 = 20 % dari total CH 4 input Konversi C 2 H 4 = 50 % dari total C 2 H 4 input Konversi C 2 H 6 = 90 % dari total C 2 H 6 input Reaksi 1 CH 4 + H 2 O CO + 3H 2 In : N 16 CH4 N 16 H2O N 16 CO N 16 H2 Reaksi : -r -r r 3r Out : N 18 CH4 N 18 H2O (1) N 18 CO (1) N 18 H2 (1)

21 N CH X CH r 0,20 N 15 CH 4 CH 4 N 16 CH4 = F 16 CH4 / BM CH 4 = 418,265kmol N 16 H2O = F 16 H2O / BM H 2 O = 2252,104 kmol N 16 CO = F 16 CO / BM CO = 1710,389 kmol N 16 H2 = F 16 H2 / BM H 2 = 62,595 kmol CH 4 + H 2 O CO + 3H 2 In : 418, , , ,595 Reaksi : 83,653 83,653 83,653 83,653 Out : 334, , , ,554 N 17 CH4 = 334,612 kmol F 17 CH4 = 5367,17879kg N 17 H2O (1) = 2168,45118 kmol N 17 CO (1) = 1794,04162kmol N 17 H2 (1) = 313,554 kmol Reaksi 2 C 2 H 4 + 2H 2 O 2CO + 4H 2 In : N 16 C2H4 N 17 H2O (1) N 17 CO (1) N 17 H2 (1) Reaksi : -r -2r 2r 4r Out : N 18 C2H4 N 18 H2O (2) N 18 CO (2) N 18 H2 (2) 15 N C 2H X 4 C2H4 r 0,50 N 15 C 2 H 4 C2H4 N 16 C2H4 = F 16 C2H4 / BM C 2 H 4 = 138,534kmol N 17 H2O (1) = F 17 H2O (1) / BM H 2 O = 2168,451 kmol N 17 CO (1) = F 17 CO (1) / BM CO = 1794,042 kmol N 17 H2 (1) = F 17 H2 (1) / BM H 2 = 313,554 kmol C 2 H 4 + 2H 2 O 2CO + 4H 2 In : 138, , , ,554 Reaksi : 69, , , ,067

22 Out : 69, , , ,622 N 17 C2H4 = 69,267 kmol F 17 C2H4 = 1942,93501 kg N 17 H2O (2) = 2029,91748 kmol N 17 CO (2) = 1932,57531 kmol N 17 H2 (2) = 590,622 kmol Reaksi 3 C 2 H 6 + 2H 2 O 2CO + 5H 2 In : N 16 C2H6 N 17 H2O (2) N 17 CO (2) N 17 H2 (2) Reaksi : -r -2r 2r 5r Out : N 18 C2H6 N 18 H2O (3) N 18 CO (3) N 18 H2 (3) N C X 15 H r 0,90 N 15 C 2 H 6 C H 2 C H 6 N 15 C2H6 = F 16 C2H6 / BM C 2 H 6 = 19,714 kmol N 17 H2O (2) = F 17 H2O (2) / BM H 2 O = 2029,917 kmol N 17 CO (2) = F 17 CO (2) / BM CO = 1932,575 kmol N 17 H2 (2) = F 17 H2 (2) / BM H 2 = 590,622 kmol C 2 H 6 + 2H 2 O 2CO + 5H 2 In : 19, , , ,622 Reaksi : 17,743 35,486 35,486 88,715 Out : 1, , , ,336 N 17 C2H6 = 1,971 kmol F 17 C2H6 = 59,28123 kg N 17 H2O (3) = 1994,43155 kmol N 17 CO (3) = 1968,06125 kmol N 17 H2 (3) = 679, kmol

23 N 17 C4H8 = 0,021 kmol F 17 C4H8 = 1,15141 kg N 17 H2O (total) = 1994,43155 kmol F 17 H2O (total) = 35939,65648 kg N 17 CO (total) = 1968,06125 kmol F 17 CO (total) = 55125,39565 kg N 17 H2 (total) = 679, kmol F 17 H2 (total) = 1372,25947 kg Banyaknya katalis (olivine) yang diperlukan untuk Reformer (R-203) adalah = 60 lb / lb gas sintesis (Technical Report NREL/TP May 2005) Gas sintesis = ,318 kg = ,593 lb Katalis yang diperlukan = ,593 / = 54,799 lb = 24,857kg Tabel A.8 Neraca Massa pada Reformer (R-203) Komponen Masuk (kg) Keluar (kg) aliran 16 aliran 17 H , ,259 CO , ,468 CO 34549, ,396 H 2 O 13014, ,656 CH , ,179 C 2 H 4 592, ,935 C 2 H ,870 59,281 Olivine 204, ,784 Char 1,681 1,681 Subtotal aliran , ,874 Total aliran , ,874

24 A.8 Scrubber (M-301) Scrubber berfungsi untuk mendinginkan aliran gas panas sampai temperaturnya 60 o C dan membersihkan partikel pengotor (char dan olivine) dari aliran gas Aliran 18 adalah aliran gas panas dari Heat Exchanger Aliran 21 adalah aliran gas yang telah bersih dan dingin (T = 60 o C). Aliran 19 adalah aliran air yang diambil dari aliran gas sintesis yang terabsorpsi, dimana berfungsi untuk membersihkan aliran gas dari char dan olivine. Aliran 20adalah aliran sludge (char dan olivine) yang terserap oleh air (dikirim ke pengolahan limbah). A.8.1 Menghitung kebutuhan air untuk membersihkan gas sintesis Menurut Technical Report NREL/TP May 2005,untuk mendinginkan gas sintesis dari gasifier tipe BCL sampai temperaturnya mencapai 60 o C diperlukan air sebanyak 2 galon per menit untuk kapasitas 2000 ton umpan kering pabrik/hari. 1 galon air = 3,7854 Liter 1 Liter = 1000 cm 3 1 Liter air = 1kg/m 3

25 Kebutuhan air untuk scrubber adalah 2 galon per menit untuk kapasitas 2000 ton umpan kering pabrik/hari, sehingga untuk kapasitas pabrik diperlukan air sebanyak : Kebutuhan air untuk scrubber = F 19 H2O = 76,143galon/menit = 4568,58 galon/jam = 17293,90273 kg/jam = 959, kmol/jam Air yang dihasilkan pada aliran 20 = F 20 H2O = 2 galon/menit = 120 galon/jam = 454,248 kg/jam = 25, kmol/jam Komposisi umpan gas masuk Scrubber (M-301) Komponen kg kmol %mol komponen yang di absorpsi H , ,336 0, CO , ,716 0,999 CO 55125, ,061 0, H 2 O 35939, ,432 - CH , ,612 0, C 2 H ,935 69,267 0, C 2 H 6 59,281 1,971 0, Olivine 204,784 0,978 1,00 Char 1,681 0,011 1,00 Sumber : Technical Report NREL/TP May 2005 A.8.2 Menghitung komponen yang terabsorpsi (F 20 ) : N 20 H2 = 0, ,336 = 0,001 kmol F 20 H2 = 0,002 kg N 20 CO2 = 0, ,716 = 295,420 kmol F 20 CO2 = 13001,453 kg

26 N 20 CO = 0, ,06 = 1269,512 kmol F 20 CO = 35559,028 kg N 20 CH4 = 0, ,612 = 334,278 kmol F 20 CH4 = 5361,817 kg N 20 C2H4 = 0, ,267 = 69,094 kmol F 20 C2H4 = 1938,089 kg N 20 C2H6 = 0, ,971 = 1,966 kmol F 20 C2H6 = 59,104 kg N 20 Olivine = 1,00 0,978 = 0, kmol F 20 Olivine = 204, kg N 20 Char = 1,00 0,011 = 0, kmol F 20 Char = 1, kg A-8.3 Menghitung komponen sirkulasi air absorber (F 20 ): N 19 H2O = 958,57167 kmol F 19 H2O = 17273,462 kg N 19 CO2 = (0,1/100) N 29 CO2 0,295 kmol F 19 CO2 = 13,001 kg N 19 CH4 = (0,1/100) N 19 CH4 0,17274 kmol F 19 CH4 = 5,362 kg N 19 C2H4 = (0,25/100) N 19 C2H4 = 0,17274 kmol F 19 C2H4 = 4,8452 kg N 19 C2H6 = (0,3/100) N 19 C2H6 = 0,0059 kmol F 19 C2H6 = 0,1773 kg

27 N 19 H2O = 2 galon/menit = 25,20799 kmol F 19 H2O = 454,2480 kg Tabel A.9 Neraca Massa pada Scrubber (M-301) Komponen Masuk (kg) Keluar (kg) Aliran 18 Aliran 19 Aliran 21 Aliran 20 H , ,258 0,002 CO ,468 13, ,453 CO 55125, , ,028 H 2 O 35939, , , ,248 CH ,179 5,362 0, ,817 C 2 H ,935 4,845 0, ,089 C 2 H 6 59,281 0,177 0,000 59,104 Olivine 204, ,784 Char 1,681 1,681 Subtotal , , , ,206 Total , ,639

28 A.9 Gas Compression Gas Compression berfungsi untuk menaikkan tekanan aliran gas sampai dengan 2068 kpa E-7 E-20 P-418 E E Keterangan : Kompresi gas terdiri dari 3 tahap kompresi (P awal = 103,4 kpa). Knock Out Drum dipasang sebelum melewati kompresor. Intercooler dipasang setelah melewati compressor. Masing masing kompresor dimodelkan memiliki efisiensi politropik = 78%. Masing masing intercooler mendinginkan sampai 60 o C kecuali S-303 sampai 43,33 o C. Tekanan dinaikkan sebagai berikut : p p b a p p n 1 n 1 a 1 3 pb 2068 p 103,4 2, Keterangan : p p b a Rasio kompresi n = Tahapan = 3 p 1 = Tekanan inlet p n = Tekanan outlet dari n tahapan 103,4 280, , ,000 kpa

29 Pressure Drop (DP) yang diizinkan pada intercooler adalah = 13,8 kpa Neraca massa untuk kompresi gas ini tidak dapat dilakukan alat per alat karena masing-masing alat berhubungan satu sama lain (ada 3 aliran recycle). Oleh karena itu, neraca massa pada kompresi gas ini dihitung sebagai satu sistem. Algoritma perhitungan neraca massa pada sistem kompresi gas ini adalah sebagai berikut : 1. Mulai dari S-301. Aliran recycle dari S-302A belum ada. Dilakukan perhitungan VLE (PT Flash, P = 103,4 kpa, T = K, trial V/F, zi = zi). 2. Didapatkan aliran uap dan aliran liquid dari S-301. Aliran liquid dikirim ke utilitas sedangkan aliran uap dikompres dan didinginkan sebelum menuju S- 302A. Digunakan y i aliran uap ini sebagai z i untuk S-302A yang digunakan juga untuk menghitung VLE pada S-302A (PT Flash, P = 208,671 kpa, T = 333,15 K, trial V/F) 3. Didapatkan aliran uap dan aliran liquid dari S-302A. Aliran liquid direcycle ke S-301. Nilai z i untuk S-301 diperbarui dengan penambahan aliran recycle ini. 4. Dilakukan kembali perhitungan pada no. 1-3 sampai komposisi mol aliran liquid recycle dari S-302 konvergen. Toleransi +/- 0,1 kmol. 5. Dilanjutkan ke S-302B. Digunakan y i terbaru dari aliran uap S-302A sebagai z i untuk S-302B. Dihitung VLE (PT flash, P = 761,858 kpa, T = 333,15 K, trial V/F) 6. Didapatkan aliran uap dan aliran liquid dari S-302B. Aliran liquid direcycle ke S-302A. Diperbarui nilai z i untuk S-302A dengan penambahan aliran recycle ini. 7. Dilakukan kembali perhitungan pada no. 5. Trial dihentikan sampai komposisi mol aliran liquid recycle dari S-302B konvergen (toleransi +/- 0,1kmol) 8. Diperbarui nilai z i untuk S-302B dengan penambahan aliran recycle dari S- 302B yang baru. 9. Dilakukan kembali perhitungan VLE pada S-30B. Trial dihentikan sampai komposisi mol recycle dari S-302A konvergen (toleransi +/- 0,1 kmol). 10. Dilajutkan ke S-303. Digunakan nilai y i terbaru dari S-302B sebagai nilai z i untuk S-303. Dilakukan perhitungan pada VLE (PT flash, P = 2068 kpa, T = 316,5 K, trial V/F)

30 11. Didapatkan aliran uap dan aliran liquid dari S-303. Aliran liquid direcycle ke S-302B. Perbarui nilai z i untuk S-302B dengan penambahan aliran recycle ini. 12. Dilakukan kembali perhitungan VLE pada S-302B. Trial dihentikan sampai komposisi mol aliran recycle dari S-302D konvergen (toleransi 0,1 kmol). 13. Diperbarui nilai z i untuk S-303 dengan penambahan aliran recycle yang baru dari S-302B. Dilakukan kembali perhitungan VLE pada S-303 sampai komposisi mol aliran konvergen (toleransi +/- 0,1 kmol). Neraca massa dihitung dengan menggunakan kesetimbangan uap cair (Vapor Liquid Equilibrium, VLE). Rumus perhitungannya adalah sebagai berikut : 1. Menghitung tekanan uap masing-masing komponen pada kondisi keluar ln Pv = A B/(C+T) (Sumber: Perry's CEH) dimana : Pv = Tekanan uap, kpa A, B, dan C = konstanta Antoine untuk masing-masing komponen T = Temperatur (K) 2. Trial fraksi uap aliran keluar sampai jumlah fraksi uapnya ~ 1 i C 1 1 Ki zi ( K 1) i V F 1 i = 1, C (Pers , Perry's CEH) dimana : K i = konstanta kesetimbangan uap-cair komponen i z i = fraksi mol komponen i aliran keluar V/F = fraksi uap aliran keluar Knock Out Drum (S-301), PT Flash, P t = 103,400 kpa, T = 333,150 K) didapat V/F = 0,6145 Komponen kmol z i Pv pada T=333,15K K i (P v /P t ) y i x i H 2 680,057 0, , , , , CO 2 0,296 0, , , , ,3184E-07 CO 698,865 0, , , , , H 2 O 1396,356 0, , , , , Subtotal 2775, ,000 1,000 1,000

31 Komponen Top S-301 Bottom S-301 H 2 679,4096 0,6476 CO 2 0,2956 0,0002 y i 1 Ki zi ( K 1) i V F ; x i K y i i CO 697,8411 1,0239 H 2 O 328, ,1477 Subtotal 1705, ,819 Top = y i V/F Total kmol Bottom = x i (1 V/F) Total kmol Knock Out Drum (S-302A), PT Flash, P t = 280,671 kpa, T = 333,150 K Didapat: V/F = 0,79 Kom- ponen H 2 kmol z i Pv pada T=333,15K K i (Pv/Pt) y i x i 680,059 0, , , , , CO 2 0,296 0, , , , ,2486E-07 CO 698,125 0, , , , , H 2 O 494,665 0, , , , , Subto -tal 1873, ,000 1,000 Komponen Top S-302A Recycle Bottom S-302A ke S-301 H 2 CO 2 CO H 2 O Subtotal 679,3139 0,7447 0,2954 0, ,9487 1, , , , ,298

32 Knock Out Drum (S-302B) PT Flash, Pt = 761,858 kpa, T = 333,150 K) didapat V/F = 0,95 Kom- ponen kmol z i Pv pada T=333,15K K i (Pv/Pt) y i x i H 2 679,934 0, , , , , ,295 0, , , , ,0683E ,949 0, , , , , ,288 0, , , , , , ,000 1,000 Komponen Top S-302B Recycle Bottom S-302B ke S-302A H 2 CO 2 CO H 2 O Subtotal 679,5338 0,4004 0,2953 0, ,3173 0, , , ,773 70,694 Knock Out Drum (S-303) PT Flash, Pt V/F = 0,9785 CO 2 CO H 2 O Subtotal Komponen kmol z i Pv pada T=316,45K = 2068 kpa, T = 316,450 K) didapat K i (Pv/Pt) y i x i H 2 679,534 0, , , , , CO 2 0,295 0, , , , ,3448E-06 CO 696,317 0, , , , , H 2 O 34,627 0, , , , , Subto 1410,773 tal 1 1,000 1,000

33 Komponen Top S-303 Recycle Bottom S-303 ke S-302B H 2 679,0687 0,4652 CO 2 0,2950 0,0003 CO 695,5343 0,7830 H 2 O 5, ,0196 Subtotal 1380,505 30,268 Tabel A.10 Neraca Massa Untuk Knock Out Drum (S-301) Komponen Masuk (kg) Keluar (kg) Aliran 21 Aliran 24 Aliran 25 H ,716 1, ,407 CO 2 13,019 0,011 13,008 CO 19575,207 28, ,529 H 2 O 25162, , ,313 Subtotal 46124, , , , ,277 Total Tabel A.11 Neraca Massa Untuk Knock Out Drum (S-302A) Komponen Masuk (kg) Keluar (kg) Top S-301 Aliran 26 Top S-302A H ,719 1, ,214 CO 2 13,012 0,013 13,000 CO 19554,478 32, ,534 H 2 O 8913, , ,275 Subtotal 29855, , ,023 Total 29855, ,069 Tabel A.12Neraca Massa Untuk Knock Out Drum (S-302B) Komponen Masuk (kg) Keluar (kg) Top S-302A Bottom S-302B Aliran 27 H ,467 0, ,658 CO 2 13,004 0,007 12,997 CO 19521,537 17, ,847 H 2 O 1879, , ,977 Subtotal 22787, , ,479 Total 22787, ,284

34 Tabel A.13 Neraca Massa Untuk Knock Out Drum (S-303) Komponen Masuk (kg) Keluar (kg) Aliran 26 Aliran 28 Aliran 27 H , ,658 0,809 CO 2 13,004 12,997 0,007 CO 19521, ,847 17,689 H 2 O 1879, , ,300 Subtotal 22787, , ,805 Total 22787, ,284

35 A.11 Reaktor Sintesis Dimetil Eter Reaktor Sintesis Dimetil Eter berfungsi untuk mengubah syngas menjadi dimetil eter secara satu tahap dalam satu reaktor. Tahap ini adalah penggabungan dari reaksi pembentukan metanol dari syngas (H2 dan CO) yang diikuti oleh proses dehidrasi metanol Aliran 29 adalah aliran gas yang siap disintesis Aliran 30 adalah aliran gas yang telah disintesis CO + 2H 2 CH 3 OH CH 3 OH CH 3 OCH 3 + H 2 O CO + H 2 CO 2 + H 2 O Reaksi 1 CO + 2H2 CH3OH In N 29 CO N 29 H2 N 29 CH3OH Reaksi -r -2r r Out N 30 CO N 30 H2 N 30 CH3OH N 29 CO = F 29 CO / BM CO = 695,857 kmol N 29 H2 = F 29 H2 / BM H 2 = 678,101 kmol Konversi reaksi adalah 76% r 29 N CO X CO CO 0,76 x N 29 CO

36 CO + 2H2 CH3OH In 695, ,101 0 Reaksi 257, , ,678 Out 438, , ,678 N 30 CO = 438,094 kmol F 30 CO = 12271,0254 kg N 30 H2 (1) = 163,08812 kmol F 30 H2 = 329,43800 kg N 30 CH3OH (1) = 258,223 kmol F 30 CH3OH = 8779,57701 kg Reaksi 2 2CH3OH CH3OCH3 + H2O In N 30 CH3OH N 30 CH3OCH3 N 30 H2O Reaksi -2r -r -r Out N 30 CH3OH N 30 CH3OCH3 N 30 H2O N 30 CH3OH = F 30 CH3OH / BM CH3OH = 258,223 kmol Konversi reaksi adalah 98% r N X CH 3OH 0,98 x N 30 CH3OH CH 3OH CH3OH CH3OCH3 + H2O In 258,223 Reaksi 258, , ,271 Out 5, , ,271 N CH3OH = 5,681 kmol F CH3OH = 193,15069 N CH3OCH3 (1) = 126,27098 kmol F CH3OCH3 = 6313,54876 N H2O (1) = 126,271 kmol F H2O = 2272,87755 Reaksi 3 CO + H2 CO2 + H2 In N 30 CO N 30 H2 N 29 CO2 N 30 H2 Reaksi -r -r r r Out N 30 CO N 30 H2 N 30 CO2 N 30 H2

37 N CO = F CO / BM CO = 438,094 kmol N H2O = F H2O / BM H 2 O = 126,271 kmol N CO2 = F CO / BM CO2 = 0,295 kmol N H2 = F H2 / BM H 2 = 163,088 kmol CO + H2 CO2 + H2O In 438, ,263 0, ,088 Reaksi 123, , , ,746 Out 314,349 2, , ,834 N 30 CO = 314,349 kmol F 30 C0 = 8804,91234 kg N 30 H2O (1) = 2,52542 kmol N 30 H2O (1) = 45,50806 kg N 30 CO2 (1) = 124,04087 kmol N 30 CO2 (1) = 5459,03880 kg N 30 H2 (1) = 286,834 kmol N 30 H2 (1) = 579,40402 kg Katalis yang diperlukan adalah Cu-Zn dan Al2O3 dengan rasio 1:1 sebanyak 3 gram per kg syngas =3 gr (1 kg/1000 gr) 21642,560 kg = 64,540 kg Minyak yang digunakan sebagai medium katalis adalah sebanyak 0,4 gram per kg katalis = 0,4 gr 64,540 = 25,81618 kg Tabel A.13 Neraca Massa pada Reaktor sintesis Dimetil Eter (R-401) Komponen Masuk (kg) Keluar (kg) Aliran 29 Aliran 30 H , ,404 CO 2 12, ,039 CO 19503, ,912 H 2 O 623,977 45,508 CH3OCH3 6313,549 CH3OH 193,151 Subtotal 21513, ,560 Total 21642, ,560

38 A.12 KO-Drum (S-401) KO-Drum digunakan untuk memisahkan dimetil eter dari gas yang tidak sempurna bereaksi 33 E Aliran 31 adalah aliran gas yang telah disintesis Aliran 32 adalah aliran gas yang tidak sempurna bereaksi Aliran 33 adalah aliran dimetil eter Tabel A.14 Neraca Massa pada Ko-Drum Dimetil Eter (S-401) Masuk Keluar Komponen Aliran 31 Aliran 32 Aliran 33 H 2 CO 2 CO H 2 O CH3OCH3 CH3OH Subtotal Total 579, , , , , ,912 45,508 45, , , , , , , , , ,560

39 LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA ENERGI Basis perhitungan Satuan operasi Kapasitas produksi Suhu Referensi = 1 jam operasi = kj = ton/tahun = 25 o C LB.1 Data-Data Kapasitas Panas, Panas Perubahan Fasa, dan Panas Reaksi Komponen LB.1.1 Data-Data Kapasitas Panas Komponen Gas Tabel LB.1 Data Kapasitas Panas Komponen Gas ( kj/mol K) Komponen a b c d H 2 27, , ,38081E-05 7,6451E-09 CO 2 19, , ,60194E-05 1,71533E-08 CO 30, , ,78925E-05-1,27153E-08 H 2 O 32, , ,05549E-05-3,59646E-09 CH 4 19, , ,19742E-05-1,13169E-08 C 2 H 4 3, , ,34848E-05 1,75511E-08 C 2 H 6 5, , ,93753E-05 8,71273E-09 LB.1.2 Data-Data Panas Perubahan Fasa Komponen Tabel LB.2 Data Panas Perubahan Fasa Komponen (Reklaitis, 1983). Komponen H vl pada titik didihnya (kj/mol) H 2 O 40,6562 LB.1.3 Data-Data Kapasitas Panas Komponen Cair Tabel LB.3 Data Kapasitas Panas Komponen Cair ( kj/mol K) Komponen a b c d H 2 0, , , , CO 2-8,3043 0, , ,0052E-07 CO 0, , , , H 2 O 0, , , ,4116E-08 CH 4 0, , , ,

40 C 2 H 4 0, , , ,697E-07 C 2 H 6 0, , , , (Sumber : Perry s, 2007) LB.1.4 Data-Data Panas Reaksi Komponen Tabel LB.6 Data Panas Reaksi Pembentukan Komponen Komponen Hf (kj/mol) H 2 0,000 CO 2-393,685 CO -110,615 H 2 O -241,997 CH 4-74,902 C 2 H 4 52,335 C 2 H 6-84,741 Persamaan untuk menghitung kapasitas panas (Reklaitis, 1983) : Cp a bt ct 2 dt 3 Jika Cp adalah fungsi dari temperatur maka persamaan menjadi : T 2 CpdT T 2 ( a bt CT 2 dt 3 ) dt T 1 T 1 T T 2 1 CpdT a ( T 2 T ) 1 b ( T T 2 1 ) c ( T T 3 1 ) d ( T T 4 1 ) Untuk sistem yang melibatkan perubahan fasa persamaan yang digunakan adalah : T T 2 CpdT T T b 1 1 Cp dt l H Vl T T 2 b Cp v dt Perhitungan energi untuk sistem yang melibatkan reaksi : dq dt r H ( T) r N T T 2 1 CpdT out N T T 2 1 CpdT in

41 LB.2 Perhitungan Neraca Panas LB.2.1 Rotary Drier 01 (RD-101) Fungsi : Mengeringkan aliran serbuk TKKS sampai kandungan airnya = 12% a. Menghitung entalpi, H 2 pada T = 30,000 0 C H 2 O TKKS m, kg n, mol Hf (l), kj/mol CpdT, kj/mol H H 1, kj 25351, , , , , ,121 0,377 0,006-4,0160E+08-4,2476E+08-8,263519E+08 b. Entalpi yang dibawa, H 14 pada C = -2,8320E+08 c. Menghitung temperatur pengeringan TKKS sampai 12 % moisture Diketahui air yang teruapkan = 14980,136 kg = ,125 mol dilakukan perhitungan Vapor Liqiid Equlibrium (VLE) untuk komponen air. Trial temperatur sampai diperoleh : C i 1 1 K i zi V ( K i 1) F 1 (Pers : 13-13, Perry s CEH)

42 untuk i = komponen air (H 2 O) Nilai V/F = mol air teruapkan / mol air mula-mula = 0,591 Setelah Trial & Error diperoleh T = 373,110 K, dengan P = 101,320 kpa Komponen Zi A B C H 2 O 1,000 65, ,000 0,000 D E F Ln Pv -7,177 0,000 2,000 4,620 Komponen Pv(kPa) K 1 y 1 x 1 H 2 O 101,475 1,002 1,000 0,999 H air yang teruapkan, T =373,110 o K dt = 74,960 Komponen n (mol) CpdT, kj/mol H i, kj H 2 O ,196 19,329-8,905E+08 o H air tak teruapkan + TKKS, T = 373,110 K dt = 74,960 H 2 O TKKS m,kg n,mol Hf (l), kj/mol CpdT, kj/mol H i H 4, kj 10370, , , , , ,121 5,652 0,090-1,6125E+08-4,2471E+08-5,8596E+08 d. Menghitung entalpi aliran 3, H 3 H 3 = (H 2 + H 13 ) H 3 H 3 = o H air tak teruapkan + TKKS, T = 373,110 K H 3 = -5,2359E+08 kj Dari perhitungan, diperoleh temperatur = 122,236 o C

43 Komponen n (mol) CpdT, kj/mol ΔH i, kj N ,376 2,832 1,251E+07 O ,907 2,886 3,623E+05 SO ,165 3,959-6,817E+05 CO ,413 3,703-3,591E+08 H 2 O ,759 3,288-3,262E+08 H 3-6,7309E+08 Neraca Panas pada Rotary Drier (RD-101) Entalpi Masuk (kj) Entalpi Keluar (kj) H 2 H 14 H 13 H 3-8,2635E+08-2,8320E+08-6,7309E+08-5,8596E+08 Total -1,1096E+09 Total -1,259057E+09

44 LB.2.2 Gasifier (R-201) Parameter Operasi : T Output = 870 o C = 1598 o F P Output = 1,565 atm = 23 psia ΔH T out = 870 o C Aliran 4 T in = 30 o C Aliran 2 Analisis proksimat Tandan Kosong Kelapa Sawit (wt %): Mouisture content = 5,73 Volatile matter = 73,74 Fixed carbon = 18,44 Ash = 2,21 Analisis ultimasi (wt %): C = 43,52 H = 5,72 O = 48,9 N = 1,2 S = 0,66

45 Perhitungan Neraca energi gasifier (R-201) a. Entalpi aliran 3 (H 3 ) massa TKKS kering (F 3 )= ,864 = 76053,000 kg T = 30 o C = 303,150 K Komponen n (mol) CpdT, kj/mol Hf, kj/mol Hi (kj) H 2 O ,091 0, , ,091 TKKS ,294 7, , ,244 H 2, kj ,335 b. Entalpi aliran 3a, H 3a Aliran 3a adalah aliran steam (low pressure).t steam = o C Komponen n (mol) Cp L dt Hv Cp V dt Hf Hi (kj) H 2 O ,041 5,672 40, , , ,809 H 3, kj ,809 c. Entalpi aliran 12, H 12 pada = 982,222 o C = 1255,372 K Aliran 12 adalah olivine yang terbawa dari Cylone (S-203) Komponen n (mol) CpdT, kj/mol Hi (kj) Olivine ,249 69, ,223 H 9, kj ,223 d. Entalpi aliran produk pada 870 o C Aliran 4 adalah gas sintesa yang terbentuk + char + olivine Diketahui : T = 870 o C = 1143,15 K (Sumber : Technical Report NREL/TP May 2005, page 8) Komponen n (mol) CpdT, kj/mol Hi (kj) H ,268 31, ,726 CO ,162 56, ,578 CO ,034 33, ,287 H 2 O ,770 42, ,962 CH ,573 77, ,731 C 2 H ,925 99, ,976 C 2 H , , ,144 Char , , ,630 Olivine ,249 69, ,894 H ,928

46 f. Menghitung panas reaksi (Q) pada gasifier Q = H 3 H 4 H 13 H 5 = 0 kj Komponen Tabel LB-6 Neraca Energi pada Gasifier (R-201) Masuk (kj) Keluar (kj) H 3 H 3a H 12 H 4 H ,726 CO ,578 CO ,287 H 2 O , , ,962 CH ,731 C 2 H ,976 C 2 H ,144 Olivine , ,894 Char ,630 TKKS ,244 Jumlah , , , ,697 Sub total , ,697 Q 0, Total , ,697

47 LB.2.3 Cyclone (S-201) Fungsi : Memisahkan partikel char + olivine + abu yang terbawa aliran gas sintesa dari Gasifier (R-201) Entalpi aliran 4, H 4, pada 870 o C = ,697 kj a. Menghitung entalpi aliran 5, H 5 pada T = 870 o C Komponen n (mol) CpdT, kj/mol H i (kj) olivine ,637 69, ,843 char 222,682 64, ,499 H ,343 b. Menghitung entalpi aliran 16, H 16 pada T = 870 o C H 16 = H 4 H 5 Komponen H 5 H 6 H 15 H , ,726 CO , ,578 CO , ,287 H 2 O , ,962 CH , ,731 C 2 H , ,976 C 2 H , ,144 Olivine , , ,050 Char , , ,131 Jumlah , , ,586

48 Komponen Tabel LB-7 Neraca Panas pada Cyclone (S-201) Masuk (kj) Keluar (kj) H 4 H 5 H 16 H , ,726 CO , ,578 CO , ,287 H 2 O , ,962 CH , ,731 C 2 H , ,976 C 2 H , ,144 Olivine , , ,050 Char , , ,131 Jumlah , , ,586 Sub total , ,928 Panas reaksi (Q) 0,000 Total , ,928

49 LB.2.4 Char Combustor (R-202) Fungsi : Membakar char (arang) TKKS hasil dari gasifikasi pada gasifier (R-201) a. Menghitung entalpi aliran 9, H 9 Aliran9 adalah aliran udara masuk ke Blower (K-201). udara dipompa dari 1 atm sampai dengan 1,5 atm. Dari perhitungan pada spesifikasi K-201, diketahui T 9 = 32,222 o C Entalpi aliran 10, H 10 dihitung pada temperatur 32,2222 o C Komponen n (mol) CpdT, kj/mol H i (kj) N ,031 29, ,051 O ,204 29, ,649 H ,700 b. Menghitung entalpi aliran 10, H 10 Aliran 10adalah aliran udara pembakar yang berasal dari Blower (K-201). udara dipompa dari 1 atm sampai dengan 1,5 atm. Dari perhitungan pada spesifikasi K-201, diketahui T 10 = 94,331 o C = 367,481 K Komponen n (mol) CpdT, kj/mol H i (kj) N ,404 29, ,842 O ,189 29, ,761 H ,603 c. Menghitung entalpi aliran 6, H 6 pada suhu 30 o C Aliran 6adalah make up MgO

50 Komponen n (mol) CpdT, kj/mol H i (kj) MgO 350,081 37, ,500 H ,500 d. Menghitung entalpi aliran 7, H 7 pada suhu 30 o C Aliran 7 adalah make upolivine Komponen n (mol) CpdT, kj/mol H i (kj) Olivine 37069,841 71, ,972 H ,972 e. Menghitung entalpi pencampuran aliran 6 dan 7 yang masuk pada R-202 Komponen H 5 (kj) H 14 (kj) H i (kj) olivine , , ,315 char 14429, , ,896 H 5& ,211 f. Menghitung entalpi pada aliran 9 dan 10 yang masuk pada R-202 Komponen H 11 (kj) H 12 (kj) H i (kj) MgO 12991, ,500 Olivine , ,972 H 11& ,471 g. Menghitung panas reaksi char TKKS ( H R ) pada 25 o C Hr n Hf n Hf 25 0 C i i i i produk reaktan Komponen n i reaktan (mol) n i produk (mol) Hf, kj/mol H i (kj) Char ,021-17, ,911 O , ,000 SO , , ,794 CO , , ,219 H2O , , ,153 Abu 95589,163-0, ,526 H R ,781 h. Menghitung perubahan entalpi aliran produk R-202 dari 25 o C sampai 982,222 o C Reaksi: C 8,5 H 0,14 O 2,31 S 0,05 Abu 0, ,457 O 2 8,5 CO 2 + 0,049 SO 2 + 0,07 H 2 O + 0,227Abu In , , Reaksi , , , , , ,03

51 Out N 8 char N 8 O2 N 8 CO2 N 8 SO2 N 8 H2O N 8 Abu Komponen n (mol) Cp, kj/mol H i (kj) N ,404 33, ,256 O ,364 34, ,058 SO ,053 56, ,560 CO ,042 57, ,857 H 2 O ,796 44, ,357 Abu 95589,163 35, ,289 MgO 12991,500 52, ,667 Olivine ,269 69, ,954 H Produk ,999 i. Menghitung panas reaksi (Q) keseluruhan Q = H R + H Produk H 5&14 H 11&12 H 7 = 0 kj Komponen Tabel LB-9 Neraca Energi pada Char Combustor (R-202) Masuk (kj) Keluar (kj) H 5 H 8 H 10 H 11 N , ,256 O , ,058 SO ,560 CO ,857 H 2 O ,357 Abu ,289 Olivine , , ,954 Char 29170,896 MgO 12991, ,524 Jumlah , , , ,856 Sub total , ,856 H R ,781 Q 0 Total , ,171

52 LB.2.5 Cyclone (S-203) a. Entalpi aliran 11, H 11, pada 982,2222 o C = ,856 kj b. Entalpi aliran 12, H 12 pada T = 982,2222 o C = ,223 kj c. Menghitung entalpi aliran 13, H 13 pada T = 870 o C H 10 = H 8 H 9 Komponen H 11 H 13 H 12 N , ,256 O , ,058 SO , ,560 CO , ,857 H 2 O , ,357 Abu , ,289 Olivine , , ,269 Char 0,000 0,000 MgO 18402, ,524 Jumlah , , ,633

53 Komponen Tabel LB-10 Neraca energi pada Cyclone (S-203) Masuk (kj) Keluar (kj) H 11 H 12 H 13 N , ,256 O , ,058 SO , ,560 CO , ,857 H 2 O , ,357 Abu , ,289 Olivine , , ,269 Char 0,000 0,000 MgO 18402, ,524 Jumlah , , ,633 Sub total , ,856 Q 0,000 Total , ,856

54 LB.2.6 Reformer (R-203) Reformer berfungsi untuk mengkonversi komponen CH 4, C 2 H 4,dan C 2 H 6 menjadi CO dan H Parameter Operasi : T input = 870 o C; T output = 750,56 o C P input = 22 psia = 1,5 atm a. Entalpi aliran 15, H 15, pada 870 o C = ,717 kj b. Menghitung entalpi aliran 16, H 16 pada T = 30 o C Komponen n (mol) Cp, kj/mol Hi (kj) Katalis olivine 405,106 47, ,320 c. Perhitungan entalpi reaksi pada T =25 o C Hr n Hf n Hf 25 0 C i i i i produk reaktan Reaksi 1 CH 4 + H 2 O CO + 3H 2 in : N 15 CH4 N 15 H2O N 15 CO N 15 H2 Reaksi : 83653, , , ,108 out : N 18 CH4 N 18 H2O (1) N 18 CO (1) N 18 H2 (1) Komponen n i reaktan (mol) n i produk (mol) Hf (kj/mol) Hi (kj) CH ,036-74, ,328

55 H 2 O CO H 2 Hr 1, pada 25 o C Reaksi , , , , , , ,108 0,000 0, ,445 C 2 H 4 + 2H 2 O 2CO + 4H 2 in : N 15 C2H4 N 18 H2O (1) N 18 CO (1) N 18 H2 (1) Reaksi : 69266, , , ,381 out : N 18 C2H4 N 18 H2O (2) N 18 CO (2) N 18 H2 (2) Komponen n i reaktan (mol) n i produk (mol) Hf (kj/mol) Hi (kj) C 2 H 4 H 2 O CO H 2 Hr 2, pada 25 o C ,845 52, , , , , , , , ,381 0,000 0, ,037 Reaksi 3 C 2 H 6 + 2H 2 O 2CO + 5H 2 in : N 15 C2H6 N 18 H2O (2) N 18 CO (2) N 18 H2 (2) Reaksi : 17742, , , ,844 out : N 18 C2H6 N 18 H2O (3) N 18 CO (3) N 18 H2 (3) Komponen n i reaktan (mol) n i produk (mol) Hf (kj/mol) Hi (kj) C 2 H 6 H 2 O CO H 2 Hr 3, pada 25 o C ,969-84, , , , , , , , ,844 0,000 0, ,727 Hr total,25 oc = (Hr 1 + Hr 2 + Hr 3 ) 25 oc = ,208 kj/mol

56 d. Menghitung entalpi pada suhu keluaran reformer sebesar 750,556 o C T = 750,556 o C = 1023,706 K Komponen m (kg) n (mol) CpdT (kj/mol) H i (kj) H , ,262 30, ,074 CO , ,162 54, ,113 CO 55125, ,017 33, ,087 H 2 O 35939, ,021 41, ,924 CH , ,658 73, ,603 C 2 H , ,463 95, ,333 C 2 H 6 59, , , ,933 Olivine 204, ,986 68, ,087 Char 1, ,107 55, ,312 H ,466 e. Menghitung entalpi aliran 17, H 17, pada T = 750,556 o C Komponen n (mol) Cp, kj/mol Hi (kj) Olivine 405,106 67, ,744 H ,744 Komponen Tabel LB-11 Neraca Energi pada Reformer (R-203) Masuk (kj) Keluar (kj) H 16 H 17 H , ,074 CO , ,113 CO , ,087 H 2 O , ,924 CH , ,603 C 2 H , ,333 C 2 H , ,933 Olivine , ,087 Char , ,312 Jumlah , ,466 Sub total , ,210 H R ,208 Panas reaksi (Q) 0,00000 Total , ,418

57 LB.2.7 Cooler (H-201 & H-202) P-20 P P-8 18 H-201 H-202 P-4 H-201 H-202 Hot Fluid cold Fluid Hot Fluid cold Fluid 1383 High T 575, ,561 t2 530 High T 304, ,154 t Low T 304, ,154 t1 300 Low T t 1 LMTD 455,990 LMTD 132, Perhitungan Neraca Energi Pada H-201 T in = 750,556 o C Aliran 18 ΔH T out = 276,667 o C Aliran 18-out a. Entalpi aliran 18, H 18 pada 750,556 o C = ,466 kj Aliran 18 adalah aliran keluar dari R-203 yang ingin didinginkan. b. Menghitung entalpi aliran 18-out, H 18-out dari suhu 750,556 o C sampai 276,667 o C Aliran 18-out adalah aliran 18 yang telah didinginkan.

58 T 1 = 750,556 o C = 1023,706 K T 2 = 276,667 o C = 549,817 K Komponen m (kg) n (mol) CpdT, kj/mol H i (kj) H , ,262 29, ,987 CO , ,162 46, ,294 CO 55125, ,017 30, ,782 H 2 O 35939, ,021 35, ,104 CH , ,658 49, ,701 C 2 H , ,463 67, ,281 C 2 H 6 59, ,448 83, ,682 Olivine 204, ,986 57, ,770 Char 1, ,107 36, ,563 H 18-out ,163 Besarnya panas yang perlu diserap agar suhu operasi dapat tercapai adalah : Q 1 = Q out Q in = ,303 kj Suhu Air pendingin masuk = 151,581 o C = 424,731 K Suhu Air pendingin keluar = 301,911 o C = 575,061K 575, ,731 CpdT = 5322,014 kj/mol Maka jumlah air pendingin yang dibutuhkan adalah : Q1 N air = 575,061 C dt p 424,731 = , ,014 = 6117,551 kmol F air = NAir BMAir 4900,803 18,05 = ,301 kg

59 Tabel LB-12 Neraca Energi pada Cooler (H-201) Komponen Masuk (kj) H 17 Keluar (kj) H 17a H , ,987 CO , ,294 CO , ,782 H 2 O , ,104 CH , ,701 C 2 H , ,281 C 2 H , ,682 Olivine , ,770 Char , ,563 Sub total , ,163 Q ,303 Total , , Perhitungan Neraca Energi Pada H-202 T in = 276,667 o C Aliran 18-out ΔH T out = 148,889 o C Aliran 19 a. Entalpi aliran 18-out, H 18out pada 343,333 o C = ,028 kj Aliran 18-out adalah aliran keluar dari H-201 yang ingin didinginkan kembali. b. Menghitung entalpi aliran 19, H 19 pada 148,889 o C Aliran 19 adalah aliran 18a yang telah didinginkan. T 1 = 276,667 o C = 549,817 K T 2 = 148,889 o C = 422,039 K Komponen m (kg) n (mol) CpdT, kj/mol H i (kj) H , ,262 29, ,002 CO , ,162 42, ,719 CO 55125, ,017 29, ,279 H 2 O 35939, ,021 34, ,067 CH , ,658 42, ,841 C 2 H , ,463 56, ,692 C 2 H 6 59, ,448 68, ,951