LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA

Transkripsi

1 LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA A.1 Perhitungan Pendahuluan Kapasitas produksi Gas H (99,99%) = 000 ton/tahun, dengan ketentuan sebagai berikut : 1 tahun = 0 hari kerja 1 hari kerja = 4 jam Basis = 1 jam Kapasitas pabrik tiap jam = ton/tahun kg/ton 1 tahun / 0hari 1hari / 4 jam = 4.9,99kg/jam A. Rotary Dryer (B-101) Fungsi : Mengeringkan umpan serbuk kayu karet sampai kandungan airnya 1 % SKK SKK Konsistensi dari air dried empty fruit bunch adalah 88% = 0,88 maka air dalam serbuk kayu karet dapat diperoleh dengan rumus (Anonim, 009) sebagai berikut: F 4 Air m kayu karet kering Neraca Massa Total x F = F + F konsistensi ,4 x 1 15,69 kg/jam 88 Neraca Massa Komponen Alur Tunnel dryer dapat menghilangkan air sebanyak 10% dari berat bahan (Riegel, 1998) F Uap air 10% 90% x 11049,1kg/jam 171,01 kg jam

2 Alur 4 F SKK = F 4 SKK = 97186,4 kg/jam F Air = (15, ,01) kg/jam = 55,7 kg/jam Tabel LA.1 Neraca Massa pada Rotary Dryer Komponen Masuk Keluar Aliran Aliran Aliran 4 SKK 97186, ,4 Air 55,7 171,01 15,69 Total 1710,1 171, ,1 1710,1 1710,1 A. Char Combustor (R-01) Fungsi : Membakar char (arang) SKK hasil dari gasifikasi pada gasifier (R-01) Tabel LA. Komposisi Serbuk Kayu Karet (basis kering) : Komponen C H O N S Abu % berat 49 5,87 4,97 0, 0,09 0,86 Moisture = 50 % berat SKK Sumber : Thermodynamic Data for Biomass Conversion and Waste Incineration

3 A..1 Menghitung Komposisi Char yang Terbentuk dari Gasifikasi SKK Kapasitas bahan baku (SKK) = 97186,4kg (basis kering) A..1.1 Karbon (C) pada char SKK Karbon pada SKK = 49 % kapasitas bahan baku (SKK) = 4761,6 kg a. Karbon pada gas hasil sintesa Karbon pada gas hasil sintesa dihitung dengan rumus : dimana : C i BM Ci BM i m i C i = (BM Ci / BM i ) x 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) Tabel LA. Karbon pada Gas Sintesa Komponen i BMi BM Ci BM Ci / BMi Mi Ci CO 44,010 1,000 0,7 1660,89 454,667 CO 8,010 1,000 0, , ,874 CH 4 16,040 1,000 0, ,45 641,889 C H 4 8,050 4,000 0, , ,697 C H 6 0,070 4,000 0, , ,66 Total kandungan karbon pada gas hasil sintesa (gasifikasi) 4716,759 Maka, karbon pada char SKK = karbon pada SKK karbon pada gas sintesa = 1904,577 kg A..1. Hidrogen (H) pada char SKK Hidrogen pada SKK = 5,87 % kapasitas bahan baku (SKK) = 5704,84 kg a. Hidrogen pada gas hasil sintesa Hidrogen pada gas hasil sintesa dihitung dengan rumus : H i dimana : H i = (BM Hi / BM i ) x m i = kandungan hidrogen pada komponen gas i (kg)

4 BM Hi BM i m i = berat molekul total unsur hidrogen dalam komponen gas i (kg/kmol) = berat molekul komponen gas i (kg/kmol) = massa komponen gas i (kg) Tabel LA.4 Hidrogen pada Gas Sintesa Maka, Komponen i BMi BM Hi BM Hi / BMi mi Hi H,00,00 1, ,95 140,95 CH 4 16,040 4,09 0,5 857,45 158,918 C H 4 8,050 4,09 0, , ,056 C H 6 0,070 6,059 0,01 757,541 15,67 Total kandungan hidrogen pada gas hasil sintesa (gasifikasi) 4456,7 Hidrogen pada char SKK = Hidrogen pada SKK Hidrogen pada gas sintesa = 148,119 kg A..1. Oksigen (O) pada char SKK a. Oksigen pada SKK = 4,97 % kapasitas bahan baku (SKK) = 47,860 kg b. Oksigen pada gas hasil sintesa Oksigen pada gas hasil sintesa dihitung dengan rumus : dimana : O i BM Oi BM i m i O i = (BM Oi / BM i ) x 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) Tabel LA.5 Karbon pada Gas Sintesa Komponen i BMi BM Oi BM Oi / BMi mi Oi CO 44,010,000 0, ,89 109,446 CO 8,010 16,000 0, , ,81 Total kandungan oksigen pada gas hasil sintesa (gasifikasi) 7,78 Oksigen pada char SKK = Oksigen pada SKK Oksigen pada gas sintesa = 540,58 kg

5 A..1.4 Nitrogen (N) pada char SKK Karena tidak ada komponen gas sintesa yang mengandung unsur N, maka Nitrogen pada char SKK sama dengan Nitrogen pada SKK. F 16 N = 0, % kapasitas bahan baku (SKK) = 91,559 kg F 16 N = 91,559 kg A..1.5 Sulfur (S) pada char SKK Karena tidak ada komponen gas sintesa yang mengandung unsur S, maka Sulfur pada char SKK sama dengan Sulfur pada SKK. F 16 S = 0,09 % kapasitas bahan baku (SKK) = 87,468 kg F 16 S = 87,468 kg A..1.6 Abu pada char SKK F 16 abu SKK = Abu SKK = 85,80 kg A.. Estimasi formula (rumus molekul) char SKK F 16 total char SKK = F 14 C char + F 14 H char + F 14 O char + F 14 N char + F 14 S char + F 14 Abu char = 0788,108 kg Tabel LA.6 Komposisi char SKK Komponen C H O N S Abu berat (kg) 1904, , ,58 91,559 87,468 85,80 % berat (% w) 6,077 6, ,40 0,41 4,01 Digunakan perbandingan antara char kayu poplar dengan char SKK BM char poplar* = BM 1 = 17 g/mol HHV char poplar* = HHV 1 = 1058,170 Btu/lb *Sumber : Technical Report NREL/TP May 005 Menghitung HHV char SKK (HHV ) HHV = 146,58 x % w C + 568,78 x % w H 51,5 x (% w O + % w N) + 9,45 x % w S 6,58 % w Abu (Sumber : Thermodynamic Data for Biomass Conversion and Waste Incineration)

6 Diperoleh HHV = 11084,16 Btu/lb Menghitung BM char SKK (BM ) BM = (HHV * BM 1 ) / HHV 1 BM = 184,196 g/mol Misalkan rumus molekul char SKK : C p H y O z N b S t Abu r Maka, p = (X C x BM ) / BM C y = (X H x BM ) / BM H p = 9,5 y = 11,06 z = (X O x BM ) / BM O b = (X N x BM ) / BM N z = b = 0,18 t = (X S x BM ) / BM S r = (X Abu x BM ) / BM Abu t= 0,04 r = 0,9 Keterangan : X C, X H, X O, X N, X S, dan X Abu masing-masing adalah fraksi berat C, H, O, N, S, dan Abu. Maka formula char SKK adalah : C 9,5 H 11,06 O N 0,18 S 0,04 Abu 0,9 A.. Menghitung produk pembakaran char SKK Reaksi pembakaran sempurna char SKK : C 9,5 H 11,0 O N 0,18 S 0,0 Abu 0,4 +10,789O 9,5CO + 0,04SO + 0,09N + 5,5H O + 0,9 abu 11, , ,050,708 10,156 64,046 6,971 Char yang terbakar adalah char keluaran Cyclone (H-01) = 99,99 % char yang dihasilkan. Mol char yang terbakar = (0,9999 x 0788,108 kg) / 184,196 g/mol = 11,847 kmol O teoritis = 10,789 x 11,847 kmol = 117,150 kmol Udara berlebih (excess air) sebagai pembakar = 1 % O dalam excess air = 11 % x 117,150 kmol = 16,611 kmol = 465,548 kg

7 Komponen Udara : N = 0,79 mol O = 0,1 mol Mol udara berlebih total = 16,611 kmol / 0,1 = 649,85 kmol Tabel LA.7 Aliran massa masing-masing komponen udara berlebih (excess air) Komponen Udara Kmol/jam Kg/jam N 519, ,677 O 16, ,548 CO hasil pembakaran SO hasil pembakaran N hasil pembakaran H O hasil pembakaran Abu hasil pembakaran F 6 Abu F 6 CO F 6 SO F 6 N F 6 H O F 6 O = 107,050 kmol = 107,050 kmol x 44 kg/kmol = 47170,178 kg =,708 kmol =,708 x 64 kg/kmol = 17, kg = 10,156 kmol = 10,156 kmol x 8 kg/kmol = 67,645 kg = 64,046 kmol = 64,046 x 18 kg/kmol = 11,8 kg = 6,971 kmol = 6,971 kmol x 1 kg/kmol = 86,101 kg = Abu hasil pembakaran = 86,101 kg = CO hasil pembakaran = 47170,178 kg = SO hasil pembakaran = 17, kg = N hasil pembakaran + N dari udara = 14918,05 kg = H O hasil pembakaran = 11,8 kg = O excess - O teoritis = 146,101 kmol = 4675,7 kg

8 Tabel LA.8 Neraca Massa pada Char Combustor Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Alur 16 Alur 11 Alur 1 Alur 6 H O 11,8 N 146, ,05 O 465, ,7 CO 47170,178 SO 17, Olivine 61669, , ,45 MgO,4,4 Abu 718,17 Char 0786,00,079 Subtotal 67415, , , ,011 Total 87569, ,011

9 A.4 Gasifier (R-0) Fungsi : Mengubah umpan serbuk kayu karet (SKK) menjadi gas sintesa (gasifikasi). (F5) (F14) SKK (F4) (F8) Tabel LA.9 Parameter Operasi Gasifier, Yield dan Komposisi Gas Hasil Sintesa Variabel Gasifier Tipe Gasifier Nilai BCL (Battelle Columbus Laboratory Temperatur Operasi 1598 o F (870 o C) Tekanan Operasi psia (1,7 bar) Steam per umpan SKK 0,975 lb/lb SKK (basis kering) Olivine yang di-recycle lb/lb SKK (basis kering) Komposisi gas sintesa % mol H 0,800 CO 11,100 CO 46,00 H O 0,000 CH 4 15,700 C H 4 5,00 C H 6 0,740 Gas hasil sintesa 0,050 lb-mol gas kering/lb SKK (basis kering) Char yang dihasilkan 0,1 lb/lb SKK (basis kering) Sumber : Technical Report NREL/TP May 005

10 A.4.1 Menghitung Aliran Massa Masing-Masing Komponen dalam Gas Hasil Sintesa Massa SKK (basis kering) = 97186,4 kg = 1459,5 lb Mol gas hasil sintesa : (N 6 total) = 0,050 lb-mol gas kering/lb SKK (basis kering) = 0,050 x 1459,5 lb = 7505,504 lb-mol gas kering = 404,49 kmol gas kering Dari tabel di atas, aliran massa masing-masing komponen gas kering dapat dihitung dengan rumus : dimana : m i x i n gas BM i = massa gas komponen i (kg) = fraksi mol komponen i = mol gas kering (kmol) = berat molekul komponen gas i m i = x i x n gas x BM i Tabel LA.10 Aliran Massa Komponen Gas Komponen gas xi x ngas (kmol) BMi mi (kg) H 708,116,00 140,95 CO 77,889 44, ,89 CO 1576,9 8, ,467 CH 4 54,49 16, ,45 C H 4 177,09 8, ,665 C H 6 5,19 0, ,541 A.4. Menghitung Komponen H O dalam Gas Sintesa (F 14 H O) Kebutuhan Steam (F 5 ) : F 5 H O = 0,975 lb/lb SKK (basis kering) = 0,975 x 1459,5 lb = 85114,50 lb = 8607,97 kg Maka, H O dalam gas sintesa : F 14 H O = F 4 H O + F 5 H O = 15,69 kg ,97 kg = 51859,998 kg A.4. Menghitung Olivine yang di-recycle ke Gasifier (F 14 olivine) F 8 Olivine = 6,97 lb/lb SKK (basis kering)

11 = 6,97 x 1459,5 lb = ,11 lb = ,54 kg A.4.4 Menghitung Char yang dihasilkan (F 14 char) F 14 char = 0,1 lb/lb SKK (basis kering) = 0,1 x 1459,5 lb = 4751,1 lb = 0788,108 kg Tabel LA.11 Neraca Massa pada Gasifier Komponen Masuk (kg) Keluar (kg) Aliran 4 Aliran 5 Aliran 8 Aliran 14 H 140,95 CO 1660,89 CO 44150,467 H O 15, , ,998 CH 4 857,45 C H ,665 C H 6 757,541 Olivine , ,54 Char 0788,108 SKK 97186,400 Total 11049, , , , , ,91

12 ` A.5. Cyclone (H-01) Fungsi : memisahkan mayoritas 99,9% olivine, abu dan MgO dari gas pembakaran Efisiensi pemisahan partikel lainnya tergantung dengan ukuran diameter partikelnya (dp). dp olivine = 00 µm (Fuel Processing Technology 86, 005, ) dp MgO = 00 µm (Fuel Processing Technology 86, 005, ) dp Abu = 10 µm (Technical Report NREL/TP May 005) dp char = µm (Technical Report NREL/TP May 005) 1 j 1 ( d pc d Dimana : pj ) (Cooper, C. D., & Alley F. C, 1986) ηj = efisiensi pemisahan partikel (0 < η < 1) dp c = diameter partikel dengan efisiensi pemisahan 50 % dp j = diameter partikel j (µm) Mencari nilai dp c dengan menggunakan nilai efisiensi pemisahan olivine yang diinginkan (dp c /d polivine ) = (1 η olivine ) / η olivine = (1 0,9999) / 0,9999 = 0,0001 dp c /d polivine = 0,01 dp c = 0,01 x dp olivine = µm Mencari efisiensi pemisahan untuk partikel MgO dan Abu η MgO = η olivine = 99,99 %

13 η abu = 1 / [1 + (dp c / dp Abu ) ] = 0,96 = 96, % η char = 1 / [1 + (dp c / dp char ) ] = 0,5 = 50 % F 6 Olivine = ,45 kg F 6 Abu = 786,60 kg F 6 MgO =,4 kg F 6 char =,079 kg F 8 Olivine = 0,999 x F 6 Olivine = 0,999 x ,45 = 61946,484 kg F 8 Abu = 0,051 x F 6 Abu = 0,05 x 786,7 = 756,7 kg F 8 MgO = 0,999 x F 6 MgO = 0,999 x,4 =,4 kg F 8 char = 0,999 x F 6 char = 0,999 x,079 = 1,09 kg

14 Tabel LA.1 Neraca Massa pada Cyclone (H-01) Masuk (kg) Keluar (kg) Komponen aliran 6 aliran 7 aliran 8 H O 11,8 11,8 N 14918, ,05 O 4675,7 4675,7 CO 47170, ,178 SO 17, 17, Olivine ,45 61, ,484 MgO,4 0,000,4 Abu 786,60 0,58 756,7 Char,079 1,09 1,09 Subtotal 87470, , ,18 Total 87470, ,010 A.5. Cyclone (H-0) Fungsi : memisahkan mayoritas 99,9% olivine dan char dari gas sintesa Cyclone (H-0) memisahkan mayoritas 99,9% olivine dan char F 14 char = 0788,108 kg F 14 Olivine = ,54 kg Neraca massa komponen : char : F 8 char = 99,90% F 6 char = 99,90% x 0788,108 = 0786,00 kg Olivine : F 8 Olivine = 99,90% F 6 Olivine = 99,90% x ,54

15 = 61669,854 kg Tabel LA.1 Neraca Massa pada Cyclone (H-0) Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Alur 14 Alur 15 Alur 16 H 140,95 140,95 H O 51859, ,988 CO 44150, ,467 CO 1660, ,89 CH 4 857,45 857,45 C H 6 757, ,541 C H , ,665 Olivine ,54 61, ,854 Char 0788,108, ,00 Subtotal , , ,884 Total , ,845 A.7. Mix Point MgO dan Make-up Olivine Fungsi : Titik pencampuran aliran make up olivine + MgO Olivine (F 9) MgO (F 10 ) ( F11 ) Olivine MgO Asumsi Potasium (Kalium) di dalam char SKK adalah 0, % berat Aliran MgO ditentukan sebesar kali aliran molar Potasium dalam char. Abu dalam SKK = 0,86 % massa SKK basis kering = 786,6 kg/jam Potasium dalam char = 0, % x786,6 kg/jam = 1,57 kg/jam BM Potasium = 9,10 g/mol Aliran molar potasium = 1,57 / 9,10 = 0,041 kmol/jam BM MgO = 40,0 g/mol

16 F 10 MgO = x aliran molar potasium = 0,08 kmol/jam =,04 kg/jam Make up olivine yang diperlukan adalah 0,11 % dari olivine yang kembali ke R-01 untuk menutupi olivine yang terbuang dari cyclone. F 9 olivine = 0,0011 x olivine yg di recycle = 0,0011 x ,54kg/jam = 878,581 kg/jam A.8. Reformer (R-0) Fungsi : mengkonversi CO, CH 4, C H 4, C H 6 menjadi H. (F15) Reaksi : CO + H O CO + H (Reaksi 1) CH 4 + H O CO + H (Reaksi ) C H 6 + H O CO + 5 H (Reaksi ) C H 4 + H O CO + 4 H (Reaksi 4) Konversi CO Konversi CH 4 Konversi CH 6 Konversi CH 4 Reaksi 1 = 47 % dari total CO input = 0 % dari total CH 4 input = 90 % dari total C H 6 input = 50 % dari total C H 4 input CO + H O CO + H In : N 7 CO N 7 HO N 7 CO N 7 H Reaksi : -r -r r r

17 Out : N 18 CO N 18 HO (1) N 18 CO (1) N 18 H (1) r 18 N CH X CH 4 CH 4 4 0,0 N 7 CO CO + H O CO + H In : 1576,9 877,91 Reaksi : 740,8 740,8 740,8 740,8 Out : 85,407 17, ,8 740,8 CO input = 44150,467 kg = 44150,467 kg / 8,01 kg/kmol = 1576,9 kmol CO bereaksi = 0,47 x 1,879 kmol = 579,9 kmol = 579,9 kmol x 8,01 kg/kmol = 0750,70 kg CO sisa = 44150,467 kg ,70 kg = 99,748 kg H O mula-mula = 51859,988 kg = 51859,988 kg / 18,0 kg/kmol = 877,91 kmol H O bereaksi = 740,8 kmol = 740,8 kmol x 18,0 kg/kmol = 149,80 kg H O sisa = 51859,988 kg 149,80 kg = 8510,186 kg CO terbentuk = 740,8 kmol = 740,8 kmol x 44,01 kg/kmol = 604,040 kg H terbentuk = 740,8 kmol = 740,8 kmol x,0 kg/kmol

18 = 1408,49 kg Reaksi CH 4 + H O CO + H In : N 7 CH4 N 7 HO N 7 CO N 7 H Reaksi : -r -r r r Out : N 18 CH4 N 18 HO (1) N 18 CO (1) N 18 H (1) r 18 N CH X CH 4 CH 4 4 0,0 N 7 CH 4 CH 4 + H O CO + H In : 54,49 17,080 Reaksi : 106, , ,898 0,695 Out : 47,59 00,18 106,898 0,695 CH 4 input = 857,45 kg = 857,45 kg / 16,04 kg/kmol = 54,49 kmol CH 4 bereaksi = 0, x 54,49 kmol = 106,898 kmol = 106,898 kmol x 16,04 kg/kmol = 1714,649 kg CH 4 sisa = 857,45 kg ,649 kg = 6858,596 kg H O mula-mula = H O sisa Reaksi 1 = 8510,186 kg = 8510,186 kg / 18,0 kg/kmol = 17,080 kmol H O bereaksi = 106,898 kmol = 106,898 kmol x 18,0 kg/kmol = 196,08 kg H O sisa = 8510,186 kg 196,08 kg = 658,878 kg CO terbentuk = 106,898 kmol

19 = 106,898 kmol x 8,0 kg/kmol = 994, kg H terbentuk = 0,695 kmol = 0,695 kmol x,0 kg/kmol = 647,804 kg Reaksi C H 6 + H O CO + 4H In : N 7 CH6 N 18 HO (1) N 18 CO (1) N 18 H (1) Reaksi : -r -r r 4r Out : N 18 CH4 N 18 HO () N 18 CO () N 18 H () r 18 N C X H 4 C H C H 4 4 0,50 N 7 C H 6 C H 6 + H O CO + 5 H In : 5,19 17,080 Reaksi :,67 45,47 45,47 11,67 Out :, ,74 45,47 11,67 C H 6 input = 757,541 kg = 757,541 kg / 0,07 kg/kmol = 5,19 kmol C H 6 bereaksi = 0,90 x 5,19 kmol =,67 kmol =,67 kmol x 0,07 kg/kmol = 681,787 kg C H 6 sisa = 757,541 kg - 681,787 kg = 75,754 kg H O mula-mula = H O sisa Reaksi 1 = 8510,186 kg = 8510,186 kg / 18,0 kg/kmol = 17,080 kmol H O bereaksi = 45,47 kmol = 45,47 kmol x 18,0 kg/kmol

20 = 817,147 kg H O sisa = 8510,186 kg 817,147 kg = 769,09 kg CO terbentuk = 45,47 kmol = 45,47 kmol x 8,01 kg/kmol = 170,160 kg H terbentuk = 11,67 kmol = 11,67 kmol x,0 kg/kmol = 9,001 kg Reaksi 4 C H 4 + H O CO + 4H In : N 7 CH4 N 18 HO (1) N 18 CO (1) N 18 H (1) Reaksi : -r -r r 4r Out : N 18 CH4 N 18 HO () N 18 CO () N 18 H () r 18 N C X H 4 C H C H 4 4 0,50 N 7 C H 4 C H 4 + H O CO + 4 H In : 177,09 17,080 Reaksi : 88, ,09 177,09 54,058 Out : 88, , ,09 54,058 C H 4 input = 4965,665 kg = 4965,665 kg / 8,05 kg/kmol = 177,09 kmol C H 4 bereaksi = 0,5 x 177,09 kmol = 88,515 kmol = 88,515 kmol x 8,05 kg/kmol = 48,8 kg C H 4 sisa = 4965,665 kg - 48,8 kg = 48,8 kg H O mula-mula = H O sisa Reaksi 1 = 8510,186 kg

21 = 17,080 kmol H O bereaksi = 177,09 kmol = 177,09 kmol x 18,0 kg/kmol = 190,064 kg H O sisa = 8510,186 kg 190,064 kg = 50,1 kg CO terbentuk = 177,09 kmol = 177,09 kmol x 8,01 kg/kmol = 4958,584 kg H terbentuk = 54,058 kmol = 54,058 kmol x,0 kg/kmol = 7159,197 kg F 18 H = H terbentuk total + H mula-mula dari R-01 = 4518,878 kg F 18 H O = H O sisa dari reaksi 1 - total H O bereaksi = 576,668 kg F 18 CO = CO sisa dari reaksi 1 + CO terbentuk total = 611,714 kg F 18 CO = CO terbentuk dari reaksi 1 + CO mula-mula = 494,9 kg F 18 CH 4 = CH 4 sisa reaksi = 6858,596 kg F 18 C H 6 = C H 6 sisa reaksi = 75,754 kg F 18 C H 4 = C H 4 sisa reaksi 4 = 48,8kg Banyaknya katalis (olivine) yang diperlukan untuk unit Reformer (R-0) adalah = 60 lb / 4000 lb gas sintesa (Technical Report NREL/TP May 005) Gas sintesa = (F 17 total) = 1861,96 kg = 8584,9 lb Katalis yang diperlukan = (F 17 olivine) = ,9 / 4000 = 70,01 lb = 1,761 kg Tabel LA.14 Neraca Massa pada Reformer (R-0)

22 Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Alur 15 Alur 17 Alur 18 Alur 19 H 140, ,878 H O 51859, ,668 CO 44150,467 6,714 CO 1660,89 494,9 CH 4 857, ,596 C H 6 757,541 75,754 C H ,665 48,8 Olivine 61,689 1,761 61,689 1,761 Char,079,079 Total 1861,96 1, ,96 1, ,7 1866,7 A.9. Scrubber (D-01) Fungsi : Membersihkan partikel pengotor (char dan olivine) dari aliran gas Aliran 0 adalah aliran gas panas dari Heat Exchanger H-01. Aliran 1 adalah aliran air pendingin dari utilitas. Aliran adalah aliran gas yang telah bersih dan dingin (T = 60 o C). Aliran adalah aliran air yang diambil dari aliran gas sintesa yang terabsorpsi, dimana berfungsi untuk membersihkan aliran gas dari char dan olivine. Aliran 4 adalah aliran sludge (char dan olivine) yang terserap oleh air.

23 Menghitung kebutuhan air Menurut Technical Report NREL/TP May 005, untuk mendinginkan gas sintesa dari gasifier tipe BCL sampai temperaturnya mencapai 60 o C, diperlukan air sebagai pendingin pada suhu 0 o C sesuai dengan hubungan sebagai berikut : Kmol air yang dibutuhkan = (5,5 * kmol aliran gas) 108 Tabel LA.15 Komposisi umpan gas masuk Scrubber (D-01) Komponen kg kmol H 4518,878 41,507 CO 494,9 1118,79 CO 6, ,644 H O 576, ,98 CH ,596 47,516 C H 4 48,8 88,50 C H 6 75,754,519 Olivine 61,689 1,49 Char,079 0,014 Total 1864, ,855 Maka, Kmol air yang diperlukan = (5,5 * 6851,855 kmol) 108 = 660,0 kmol = ,675 kg Neraca bahan dihitung menggunakan kesetimbangan uap cair (Vapor LiquidEquilibrium, VLE). Algoritma perhitungannya adalah sebagai berikut : 1. Menghitung tekanan uap masing-masing komponen pada kondisi keluar Mixer. Ln Pv = A + B / (C + T) + D*ln (T) + [E*(T^F)] dimana : Pv = Tekanan uap, Kpa A, B, C, D, E dan F = Konstanta Antoine untuk masing-masing komponen T = Temperatur absolute, K. Trial fraksi uap aliran keluar Mixer sampai komposisi uapnya ~ 1.

24 dimana : Ki Zi V/F = konstanta kesetimbangan uap-cair komponen i = fraksi mol komponen i aliran keluar Mixer = fraksi uap aliran keluar Mixer. Menghitung komposisi mol uap dan liquid aliran keluar separator. Tabel LA.16 Komponen Uap dan Cairan aliran keluar Scrubber (D-01) Komponen kmol z i A B C H 7,068 0, ,18-107,900 0,000 H O 841,017 0, ,90-77,000 0,000 CO 1164,681 0, , ,000 0,000 CO 1118,71 0, , ,000 0,000 CH 4 47,59 0, ,50-107,000 0,000 C H 6,519 0, , ,000 0,000 C H 4 88,515 0, , ,000 0,000 Olivine (solid),90 0, ,000 0,000 0,000 Char 0,01 0, ,000 0,000 0,000 Total 4454,057 Komponen D E F ln P v H 0,164 0,001,000 76,619 H O -7,177 0,000,000,99 CO -5,455 0,000,000 16,0 CO -1,70 0,041 1,000 1,466 CH 4 -,61 0,000,000 11,749 C H 6-4,976 0,000,000 9,009 C H 4-5,76 0,000,000 9,514 Olivine (solid) 0,000 0,000 0,000 1,000 Char 0,000 0,000 0,000 1,000

25 Dengan Trial & Error diperoleh V/F = 0,14 Temperatur 60 o C (,08 K) dan tekanan 1,01 atm (10,40 kpa) Komponen P v (kpa) K i y i x i H 1,981E+ 1,87401E+1 0,5948 0, H O 19,8 0,19 0, , CO , ,095 0,1871 0,00000 CO 5967, ,90 0,1791 0,00007 CH ,869 14,94 0, , C H ,41 79,060 0, , C H ,078 11,001 0, , Olivine (solid),178 0,06 0, , Char,718 0,06 0, , Total 0, , Komponen Top (kmol) Top (kg) Bottom (kmol) Bottom (kg) H 7, ,878 0, ,000 H O 119, , , ,494 CO 1164, ,891 0, ,8 CO 1116, ,775, ,157 CH 4 45, ,70,07890,46 C H 6,405 70,45 0,1771 5,9 C H 4 84, ,409, ,4 Olivine (solid) 0, ,975,5107 4,08 Char 0, ,008 0, ,85 Total 6, ,657 70, ,605 Aliran adalah aliran sludge (char + olivine) yang terserap oleh air (dikirim ke pengolahan limbah). Asumsi sludge mengandung 50 % berat air (Technical Report NREL/TP , 005) Tabel LA.17 Komposisi Aliran Komponen Kg H O 6,684 Olivine (solid) 4,08 Char 1,85 Total 45,69 Tabel LA.18 Neraca Massa pada Scrubber (D-01)

26 Komponen Masuk (kg) Keluar (kg) Aliran 0 Aliran 1 Aliran Aliran Aliran 4 H 4518, ,878 0,000 H O 576, , , ,86 6,645 CO 6,714 60,89 1,81 CO 494, , ,087 CH , ,70,6 C H 6 75,754 70,48 5,6 C H 4 48,8 74,47 108,61 Olivine (solid) 61,689 0,000 4,859 Char,079 0,000 1,786 Subtotal 1864, , , ,06 45,90 Total 78805, ,818 A.10. Knock Out Drum Fungsi : Untuk memisahkan fasa cair gas sintesa dari campuran fasa gasnya. 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) dimana : Pv = Tekanan uap, kpa (Sumber: Perry's,1999) A, B, dan C = konstanta Antoine untuk masing-masing komponen T = Temperatur (K). Trial fraksi uap aliran keluar sampai jumlah fraksi uapnya ~ 1 C i 1 Ki 1 ( K i zi 1) V F 1 i = 1, C (Pers. 1-1, Perry's,1999)

27 dimana : K i = konstanta kesetimbangan uap-cair komponen i z i = fraksi mol komponen i aliran keluar V/F = fraksi uap aliran keluar Temperatur = 16,5 K dan tekanan 50 kpa Dengan Trial & Error diperoleh V/F = 0,9164 Tabel LA.19 Komponen Uap dan Cairan aliran keluar knock out drum Komponen kmol zi Pv (T =16,15) Ki ( Pv/Pt) yi xi H 7,066 0,519 1,98x10 7,74x10 9 0,566 0,000 H O 90,64 0,09 19,8 0,008 0,008 0,994 CO 1164,016 0, ,55 44,8 0,95 0,000 CO 1,119 0, ,17 10,6 0,000 0,000 CH 4 47,18 0, ,87 50,59 0,108 0,00 C H 6,519 0, ,4,67 0,001 0,000 C H 4 88,90 0, ,078 5,41 0,0 0,004 Subtotal 410,771 1,0000 1, ,00000 Komponen Top KOD (kmol) Bottom KOD (kmol) H 7,066 0,000 H O 1,16 59,409 CO 116,99 0,04 CO 1,118 0,001 CH 4 46,69 0,769 C H 6,451 0,068 C H 4 86,86 1,46 Olivine (solid) 0,000 0,000 Char 0,000 0,000 Subtotal 950,91 9,054 Tabel LA.0 Neraca Massa pada Knock Out Drum Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Alur 6 Alur 7 Alur 8 H 4518, ,87 0,000 H O 709,05 56, ,545 CO 604,087 60,415 0,67

28 CO 49,5 49,19 0,04 CH ,86 688,95 1, C H 6 75,51 69,0 1,89 C H 4 476,56 45,479 41,048 Subtotal 5614, ,648 65,479 Total 5614, ,570 A.11. Pressure Swing Adsorption (PSA) Fungsi : memurnikan produk gas H. N9 H T = 4, o C P = 4,7 atm H CO CO H O CH 4 C H 4 C H 6 (N7) T = 4, o C P = 4,7 atm N0 T = 4, o C P = 4,7 atm Adsorben yang digunakan dalam PSA adalah campuran zeolite dengan karbon aktif Kinerja PSA: Mengadsorbsi 100 Purging 5 % gas H % gas CO, CO, C H 4, C H 6, CH4, dan HO (Sumber : Gas Purification, Kohl & Nielsen, page 108) H CO CO H O CH 4 C H 4 C H 6 H 9 = 5/100 x 4518,87 = 5,944 H 8 = H 6 - H 9 = 4518,87 5,944 = 49,99

29 Tabel LA.1 Neraca Massa pada Pressure Swing Adsorber (D-401) Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Alur 7 Alur 9 Alur 0 H 4518,878 49,99 5,944 H O 56,507 56,507 CO 60,415 60,415 CO 49,19 49,19 CH 4 688,95 688,95 C H 6 69,0 69,0 C H 4 45,479 45,479 Subtotal 47077,648 49, ,719 Total 47077, ,648

30 LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA ENERGI Basis perhitungan Satuan operasi Kapasitas produksi Suhu Referensi = 1 jam operasi = kj = ton/tahun = 5 o C Tabel LB.1 Data Kapasitas Panas Komponen Gas ( kj/mol K) Komponen a b c d H 7, , ,8081E-05 7,6451E-09 CO 19, , ,60194E-05 1,715E-08 CO 0, , ,7895E-05-1,715E-08 H O, , ,05549E-05 -,59646E-09 CH 4 19, , ,1974E-05-1,1169E-08 C H 4, , ,4848E-05 1,75511E-08 C H 6 5, , ,975E-05 8,717E-09 Tabel LB. Data Panas Perubahan Fasa Komponen (Reklaitis, 198). Komponen H vl pada titik didihnya (kj/mol) H O 40,656 Tabel LB. Data Kapasitas Panas Komponen Cair ( kj/mol K) Komponen a b c d H 0, , , , CO -8,04 0,1047-0,0004 6,005E-07 CO 0, ,087-0, , H O 0,767-0, , ,4116E-08 CH 4 0, ,0888-0, , C H 4 0,479-0, , ,697E-07 C H 6 0, , , , (Perry s, 007)

31 Tabel LB.4 Data Panas Reaksi Pembentukan Komponen Komponen Hf (kj/mol) H 0,000 CO -9,685 CO -110,615 H O -41,997 CH 4-74,90 C H 4 5,5 C H 6-84,741 Persamaan untuk menghitung kapasitas panas (Reklaitis, 198) : Cp a bt ct dt Jika Cp adalah fungsi dari temperatur maka persamaan menjadi : T CpdT T 1 T T 1 ( a bt CT dt ) dt T T 1 CpdT a ( T b T1 ) ( T T 1 c ) ( T T 1 d ) ( T 4 Untuk sistem yang melibatkan perubahan fasa persamaan yang digunakan adalah : T CpdT Cpl dt H Vl T T T b 1 1 T T b Cp Perhitungan energi untuk sistem yang melibatkan reaksi : v dt 4 T 4 1 ) dq dt rh r ( T) N T T 1 CpdT out N T T 1 CpdT in

32 Perhitungan neraca panas untuk peralatan yang mengalami perubahan panas: LB.1 Rotary Dryer (B-101) Fungsi : Mengeringkan umpan serbuk kayu karet (SKK) sampai kandungan airnya 1 % Panas Masuk Alur Panas masuk = 0,15 N( ) senyawa Cp dt 98,15 Tabel LB.5 Neraca panas masuk alur Komponen F (kg/jam) N (mol/jam) CpdT Q (kj/jam) H O 55, ,545 0, ,75 SKK 97186, ,06 0, , Total ,947 Panas Keluar Alur Panas keluar = 9,15 N( ) senyawa Cp dt 98,15 Tabel LB.6 Neraca panas keluar alur Komponen F (kg/jam) N (mol/jam) CpdT Q (kj/jam) H O 171, ,149, ,047 Total 9915,047 Panas Keluar Alur 4 Panas keluar = 9,15 N( 4) senyawa Cp dt 98,15

33 Tabel LB.7 Neraca panas keluar alur 4 Komponen F (kg/jam) N (mol/jam) CpdT Q (kj/jam) H O 15, ,96, ,09 SKK 97186, ,06 0, ,0 Total ,1 Q steam = (661587, ,047) ,947 kj/jam = ,414 kj/jam Pada temperatur 146 o C, dan tekanan 17 kpa maka H superheated steam adalah 81,5 kj/kg dan pada temperatur 10 o C, dan tekanan 17 kpa maka H= 16,5 kj/kg (Reklaitis,198) m steam = : (.81,5.16,5) = 9776,0 kg/jam Tabel LB.8 neraca panas rotary dryer Komponen Q masuk (kj/jam) Q keluar (kj/jam) Umpan ,947 Produk ,61 Panas yang dibutuhkan ,414 Total , ,61 LB. Char Combustor (R-01) Fungsi : Membakar char (arang) SKK hasil dari gasifikasi pada gasifier (R-0)

34 Panas Masuk Alur 16 Panas masuk = 114,15 N( 16) senyawa 98,15 Cp dt Tabel LB.9 neraca panas masuk alur 16 Komponen N (mol) CpdT Q (kj/jam) Olivine ,116 78,170,905x10 9 Char 11847,45 65, ,946 Jumlah ,46 Panas Masuk Alur 11 Panas masuk = 0,15 N( 11) senyawa Cp dt 98,15 Panas Alur 11 = Panas Alur 9 + Panas Alur 10 Tabel LB.10 neraca panas masuk alur 11 Komponen N (mol) CpdT Q (kj/jam) MgO 80, ,014 Olivine 4,946 0, ,080 Jumlah 14911,080 Panas Masuk Alur 1 Alur 1 adalah aliran udara pembakar yang berasal dari Blower (G-01). T 1 = 0 0 C Panas masuk = 5,1 N( 1) senyawa 98,15 Cp dt Tabel LB.11 neraca panas masuk alur 1 Komponen N (mol) CpdT Q (kj/jam) N ,19 1, ,191 O 16610,861 1,59 594,591 Jumlah ,78 Panas Keluar Alur 6 Panas Reaksi C 9.5 H ON 0.18 S 0.04 Abu ,789 O 9,5 CO + 0,04 SO +0,09 N + 5,5 H O + 0,9 Abu r = 11,847 kmol/jam

35 H r x r = [(9,5 H o f CO + 0,04H o f SO + 0,09 H o f N + 5,5H o f H O + 0,9H o f Abu ) (H o f char + 10,789 H o f O ] x r = -5,0887x10 6 kj/kmol x 11,847 kmol/jam = -5,744x10 8 kj/jam T = 98, 0 C Panas keluar = 155,7 N( 6) senyawa 98,15 Cpl dt Tabel LB.1 neraca panas keluar alur 6 Komponen N (mol) CpdT Q (kj/jam) N 51990,451 9, ,900 O ,164 8, ,151 SO 708,6 41, ,511 CO ,507 40, ,8 H O 64045,660, ,614 Abu 6970,509 1,44 551,1 Olivine ,51 9, ,9 MgO 80,470 0,05,800 Char 0, ,5,117 Jumlah 97008,811 Maka, selisih panas adalah : T dq ΔH r (T) N CpdT dt T 1 out N T T 1 CpdT in = -5,744x ,811,617x , ,78 = 0 Tabel LB.1 neraca panas char combustor Komponen Q masuk (kj/jam) Q keluar (kj/jam) Umpan 7570,108 Produk 97008,811 Panas reaksi -0,5744x10 9 Total 7570, ,108

36 LB. Cyclone (H-01) Fungsi : memisahkan mayoritas 99,9% olivine,abu dan MgO dari gas pembakaran Panas Masuk Alur 6 T 6 = 98, 0 C Q 6 = 97008,811 Panas Keluar Alur 7 T 7 = 98, 0 C Panas keluar = 155,7 N( 7) senyawa 98,15 Cp dt Tabel LB.14 neraca panas keluar alur 7 Komponen N (mol) CpdT Q (kj/jam) N 51990,451 0, ,89 O ,164 40, ,51 SO 708,6 4, ,00 CO ,507 4, ,6 H O 64045,660 4, ,54 Abu 976,06 1, ,90 Olivine 9,80 9, ,00 Char 0, ,5,117 Jumlah ,696 Panas Keluar Alur 8 T 8 = 98, 0 C Panas keluar = 155,7 N( 8) senyawa 0,15 Cp dt

37 Tabel LB.15 neraca panas keluar alur 8 Komponen N (mol) CpdT Q(kJ/jam) Abu 499,100 1, ,85 Olivine 90867,68 9, ,558 MgO 80,457 0,05,8 Char 0, ,5,117 Jumlah ,4 Tabel LB.16 neraca panas cyclone Komponen Q masuk (kj/jam) Q keluar (kj/jam) Umpan,9700x10 9 Produk,9700x10 9 Total,9700x10 9,9700x10 9 LB.4 Gasifier (R-0) Fungsi : Mengubah umpan serbuk kayu karet (SKK) menjadi gas sintesa (gasifikasi) Panas Masuk Alur 4 T 4 = 10 0 C Q 4 = ,1 kj/jam Panas Masuk Alur 8 T 8 = 98, 0 C

38 101,7 Panas masuk = N ( 8) olivine 98,15 Cp dt Tabel LB.17 neraca panas masuk alur 8 Komponen N (mol) CpdT Q (kj/jam) Olivine ,566 8, ,055 Jumlah ,055 Panas Keluar Alur 14 T 14 = C (Kinchin and Bain, 005) Panas keluar = 114,15 N( 14) senyawa 98,15 Cp dt Tabel LB.18 neraca panas keluar alur 14 Komponen N (mol) CpdT Q (kj/jam) H ,7 4, ,608 CO , ,7 CO 15769,461 6, ,19 H O 87791,781 9, ,995 CH ,567 47, ,481 C H ,054 6, ,774 C H 6 519,596 80, ,941 Olivine ,566 78, ,564 Char 11858,69 65, ,105 Jumlah ,9 dq/dt = Q out - Q in 0 = ,8166 (661587,1 + Q 5 +,44868E+09) Q 5 = ,770 kj Setelah Trial & Error diperoleh T 5 = C Panas Masuk Alur 5 Alur 5 adalah aliran steam tekanan rendah ( P = 1, 7 atm). T 5 = C Panas masuk = 7,15 519,15 N (5) Cpl dt ΔHvl Cpv dt senyawa 98,15 7,15

39 Tabel LB.19 neraca panas masuk alur 5 Komponen N (mol) Cp L dt Hvl (kj/mol) Cp V dt Q (kj/jam) H O 14469,1,50 40,68 0, ,458 Jumlah ,458 Tabel LB.0 neraca panas gasifier (R-01) Komponen Q masuk (kj/jam) Q keluar (kj/jam) Umpan, x10 9 Produk, x10 9 Total, x10 9, x10 9 LB. Cyclone (H-01) Fungsi : memisahkan mayoritas 99,9% olivine dan char dari gas sintesa Panas Masuk Alur 14 T 14 = C Q 14 = ,0619 kj Panas Keluar Alur 15 T = C Panas keluar = 15 N senyawa 114,15 98,15 Cp dt

40 Tabel LB.1 neraca panas keluar alur 15 Komponen N(mol) CpdT Q (kj/jam) H ,7 4, ,608 CO 77888,94 4, ,7 CO 15769,461 6, ,19 H O 87791,781 9, ,995 CH ,567 47, ,481 C H ,054 6, ,774 C H 6 519,596 80, ,941 Olivine 90,450 78, ,50 Char 11,86 65, ,46 Jumlah ,917 Panas Keluar Alur 16 T 16 = C Panas keluar = 114,15 N( 16) senyawa 98,15 Cp dt Tabel LB. neraca panas keluar alur 16 Komponen N (mol) CpdT Q (kj/jam) Olivine ,116 78,170,905x10 9 Char 11847,45 65, ,946 Jumlah ,46 Tabel LB. neraca panas cyclone Komponen Q masuk (kj/jam) Q keluar (kj/jam) Umpan, x10 9 Produk, x10 9 Total, x10 9, x10 9

41 LB.6 Reformer (R-0) Fungsi : mengkonversi CO, CH 4, C H 4, C H 6 menjadi H. Panas Masuk Alur 7 T 15 = C Q 15 = ,917 kj/jam Panas Masuk Alur 17 T 17 = C Panas keluar = 1168,15 N( 17) senyawa 98,15 CpdT Tabel LB.4 neraca panas keluar alur 17 Komponen N (kmol) CpdT Q (kj/jam) katalis olivine 5,946 0,46 155,54 Panas Keluar Alur 19 T 19 = 750,556 0 C Panas keluar = 1048,706 N( 19) senyawa 98,15 Cp dt Tabel LB.5 neraca panas keluar alur 19 Komponen F (kg/jam) N (mol/jam) CpdT Q (kj/jam) Olivine 1,761 55,666 67,17 565,86 Jumlah 565,86

42 Panas Keluar Alur 18 T1 8 = 750,556 o C =1048,706 K Panas keluar = 1048,706 N( 18) senyawa 98,15 Cp dt Tabel LB.6 neraca panas keluar alur 18 Komponen F (kg/jam) N (mol/jam) CpdT Q (kj/jam) H 140, ,16 1, ,866 H O 51859, ,781 4, ,671 CO 44150, ,461, ,4 CO 1660, ,94 7, ,818 CH 4 857, ,567 8, ,67 C H 6 757, ,596 65, ,594 C H , ,054 5, ,94 Olivine 91,689 66,96 67, ,8 Char,079 11,86 545, ,4 Jumlah ,05 Panas Reaksi : Reaksi 1 : CO + H O CO + H r 1 H r x r 1 = 740,8 kmol/jam = [(H o f CO + H o f H ) (H o f CH 4 + H o f H O] x r = ,01 kj/kmol x 740,8 kmol/jam = ,00 kj/jam Reaksi : CH 4 + H O CO + H r 1 H r x r 1 = 106,898 kmol/jam = [(H o f CO + H o f H ) (H o f CH 4 + H o f H O] x r = kj/kmol x 106,898 kmol/jam = 08156,81 kj/jam

43 Reaksi : C H 6 + H O CO + 5H r 1 H r x r 1 Reaksi 4 : =,67 kmol/jam = [(H o f CO + 5H o f H ) (H o f C H 6 + H o f H O] x r = 4796 kj/kmol x,67 kmol/jam = 7874,04 kj/jam C H 4 + H O CO + 4H r 4 H r x r 4 = 88,515 kmol/jam = [(H o f CO + 4H o f H ) (H o f C H 4 + H o f H O] x r = 1040 kj/kmol x 88,515 kmol/jam = ,605 kj/jam Hr total. r = (Hr 1.r 1 + Hr. r + Hr. r + Hr 4. r 4 ) dq rh r (T) dt = ,68 kj/mol N T T 1 CpdT out N T T 1 CpdT = , , , , ,54 = 0 kj/jam in Tabel LB.7 neraca panas reformer (R-0) Komponen Q masuk (kj/jam) Q keluar (kj/jam) Umpan 18747,681 Produk 16,4687x10 7 Panas reaksi 1,8045x10 7 Total 18747, ,681 LB.7 Waste Heat Boiler (E-01) Fungsi : menurunkan temperatur gas sintesa yang keluar dari reformer (R-0) Air umpan boiler,60 C H CO CO HO CH4 CH4 CH6 (N18) T = 750,556 C P = 1, atm E-01 (N0) T = 150 C P = 1,15 atm H CO CO HO CH4 CH4 CH6 Steam,146 C

44 Panas Masuk Alur 18 T 18 = 750,556 0 C Q 18 = ,05 kj/jam Panas Keluar Alur 0 T 0 = C Panas keluar = 4,15 N( 0) senyawa Cp dt 98,15 Tabel LB.8 neraca panas keluar alur 0 Komponen N (mol) CpdT Q (kj/jam) H 7068,49, ,14 CO ,194 4, ,819 CO ,955, ,58 H O ,489, ,557 CH ,5 4, ,971 C H 4 519,59 7, ,57 C H ,56 5, ,77 Olivine 90,449 11, ,719 Char 11,85 9, ,61 Jumlah 5809,91 Panas jenis air umpan boiler pada suhu 60 0 C = 51, kj/kg dq dt Q 0 Q 18 = 5809,91kJ/jam ,05 kj/jam = ,1 kj/jam T HO steam keluar = C (419,15 K) Jumlah air umpan boiler yang dibutuhkan : F air = Q H 419 H,15K 0,15K F air = ,1 kj / jam ( 76,485 51,) kj / kg = 5599,087 kg/jam Q air umpan waste heat boiler yaitu : 51, kj/kg x 5599,087 kg/jam = ,696 kj/jam Q steam yang dihasilkan yaitu : 76,485 kj/kg x 5599,087 kg/jam

45 = ,818 kj/jam Tabel LB.9 Neraca Panas pada Waste Heat Boiler (E-01) Komponen Q masuk (kj/jam) Q keluar (kj/jam) Umpan ,05 Produk 5809,91 Air Pendingin ,1 Total 5809, ,91 LB.8 Scrubber (D-01) Fungsi : - Mendinginkan aliran gas panas sampai temperaturnya 60 o C - Membersihkan partikel pengotor (char dan olivine) dari aliran gas Panas Masuk Alur 0 T 0 = C Q 0 = kJ/jam Panas Keluar Alur 1 T 1 = 60 0 C Panas keluar =,15 N( 1) senyawa Cp dt 98,15

46 Tabel LB.0 neraca panas keluar alur 1 Komponen F (kg/jam) N (kmol/jam) CpdT Q (kj/jam) H 4518, ,57 1, ,117 H O 709, ,91 1, ,464 CO 604, ,975 1, ,0 CO 49,5 1118,71 0,71 798,114 CH , ,506 1, ,68 C H 6 75,51 511,07 1, ,07 C H 4 476, ,711 1, ,408 Jumlah , Panas Keluar Alur 4 T 4 = 60 0 C Panas masuk =,15 N( 4) senyawa Cp dt 98,15 Tabel LB.1 neraca panas keluar alur 4 Komponen F (kg/jam) N (mol/jam) CpdT Q (kj/jam) H O 508, ,807 1, CH 4 0,007 0,46 1, C H 6 0,0007 0,0 1, C H 4 0,016 0,58 1,496 0,789 Jumlah 16510,566 Panas Keluar Alur T = 60 0 C Panas keluar =,15 N( ) senyawa Cp dt 98,15

47 Komponen F (kg/jam) Tabel LB. neraca panas keluar alur N (kmol/jam) CpdT Q (kj/jam) H 0,006,966 1,009,99 H O 454,48 507,991 1, ,677 CO 18,66 664,980 1, ,60 CO 49185, ,767 0, ,77 CH 4 7,0 455,9 1,4 561,80 C H 6 0,41 8,08 1,81 14,548 C H 4 6,90 4,55 1,496 5,486 Olivine 61,689 90,450,8 9488,796 Char,079 11,86 6,05 96,875 Jumlah 881,597 Tabel LB. neraca panas scrubber Komponen Q (kj/jam) Q (kj/jam) Umpan,445 x10 7 Produk,445 x10 7 Total,445 x10 7,445 x10 7 LB.9 Cooler (E-01) Fungsi : menurunkan temperatur gas sintesa yang keluar dari scrubber (D-01) Panas Masuk Alur T = 60 0 C

48 ,15 Panas masuk = N( ) senyawa 98,15 Cp dt Tabel LB.4 neraca panas masuk alur Komponen F (kg/jam) N (kmol/jam) CpdT Q (kj/jam) H 4518, ,57 1, ,117 HO 709, ,91 1, ,464 CO 604, ,975 1, ,0 CO 49,5 1118,71 0,71 798,114 CH4 6851, ,506 1, ,68 CH6 75,51 511,07 1, ,07 CH4 476, ,711 1, ,408 Jumlah , Panas Keluar Alur 5 T 5 = 4, 0 C Panas keluar = 16,48 N( 5) senyawwa 98,15 Cp dt Tabel LB.5 neraca panas keluar alur 5 Komponen F (kg/jam) N (mol/jam) CpdT Q (kj/jam) H 4518, ,57 0, ,598 H O 709, ,91 0,6 4968,71 CO 604, ,975 0, ,467 CO 49,5 1118,71 0,61 40,858 CH , ,506 0, ,591 C H 6 75,51 511,07 0,97 7,889 C H 4 476, ,711 0, ,69 Jumlah 847,404 Besarnya panas yang perlu diserap agar suhu operasi dapat tercapai adalah : dq/dt = Q out Q in = -1847,919 kj Suhu Air pendingin masuk = 0 o C = 0,15 K Suhu Air pendingin keluar = 4, o C = 16,48 K

49 16,48 CpdT 0,15 =,415 kj/mol Maka jumlah air pendingin yang dibutuhkan adalah : N air = Q 1 16,48 C p 0,15 dt = 1847,919,415 = 69,67 kmol F air = N BM 69,67 18,05 = 11545,67 kg Air Air Tabel LB.6 neraca panas cooler (E-0) Komponen Q masuk (kj/jam) Q keluar (kj/jam) Umpan , Produk 847,404 Panas yang dilepas 1847,919 Total , , LB.10 Knock Out Drum (D-0) Fungsi : Untuk memisahkan fasa cair gas sintesa dari campuran fasa gasnya. Panas Masuk Alur 5 T 5 = 4, 0 C Q 5 = 847,404 kj/jam

50 Panas Keluar Alur 6 T 6 = 4, 0 C Panas keluar = 16,48 N( 6) senyawwa 98,15 Cp dt Tabel LB.7 neraca panas keluar alur 6 Komponen F (kg/jam) N (mol/jam) CpdT Q (kj/jam) H 4518, ,57 0, ,175 H O 56, ,698 0,6 1940,610 CO 60, ,971 0, ,909 CO 49, ,77 0,61 40,777 CH 4 688, ,657 0, ,94 C H 6 69,0 450,816 0,97 71,075 C H 4 45, ,6 0, ,971 Jumlah 1587,440 Panas Keluar Alur 7 T 7 = 4, 0 C Panas keluar = 16,48 N( 7) senyawa Cp dt 98,15 Tabel LB.8 neraca panas keluar alur 7 Komponen F (kg/jam) N (kmol/jam) CpdT Q (kj/jam) H 0,000 0,000 0,58 0,000 H O 6476, ,69 0,6 96,149 CO 0,67 4,004 0,50 1,7 CO 0,04 0,984 0,61 0,55 CH 4 1, 768,850 0,67 489,786 C H 6 1,89 68,444 0,97 6,44 C H 4 41, ,76 0, ,176 Jumlah 5081,65

51 Tabel LB.9 neraca panas knock out drum Komponen Q (kj/jam) Q (kj/jam) Umpan 847,404 Produk 847,404 Total 847, ,404 LB.11 Pressure Swing Adsorption Unit (D-401A) Fungsi : Untuk memurnikan produk hidrogen Panas Masuk Alur 6 T 6 = 4, 0 C Q 6 = 1587,440kJ/jam Panas Keluar Alur 8 T 8 = 4, 0 C Panas keluar = 16,48 N( 8) senyawa Cp dt 98,15 Tabel LB.40 neraca panas keluar alur 8 Komponen N (mol/jam) CpdT Q (kj/jam) H 151,51 0, ,068 Jumlah 1111,068 Panas Keluar Alur 9 T 9 = 4, 0 C

52 16,48 Panas keluar = N( 9) senyawa 98,15 Cp dt Tabel LB.41 neraca panas keluar alur 9 Komponen N (mol/jam) CpdT Q (kj/jam) H 11185,76 0, ,09 H O 115,698 0,6 1940,610 CO ,68 0, ,45 CO 1117,77 0,61 40,777 CH ,657 0, ,94 C H 6 07,667 0,97 18,44 C H ,8 0, ,549 Jumlah ,99 Tabel LB.4 neraca panas pressure swing adsorber (D-401) Komponen Q masuk (kj/jam) Q keluar (kj/jam) Umpan 1587,440 Produk 1587,440 Total 1587, ,440

53 LAMPIRAN C PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN LC.1 Gudang Penyimpanan Kayu Karet (F-101) Fungsi : Tempat penampungan Kayu Karet Bahan konstruksi : Dinding bata beton dengan atap seng dan tiang beton Bentuk : Persegi panjang Jumlah : unit Kondisi penyimpanan Temperatur : T = 0 C (0,15 K) Tekanan operasi : P = 1 atm (101,5 kpa) Kebutuhan perancangan : t = 5 hari Laju alir massa : F = 6155,05 kg/jam Densitas kayu karet : ρ w = 100 kg/m Laju alir Volume kayu karet : Q = 47,19619 m /jam = 566,54 m /5 hari Gudang direncanakan berukuran : panjang (p) = lebar (l) = tinggi (t) Volume gudang (V) = p l t = t t t = 4 t = 566,54 m Volume gudang dinaikkan sebesar 0%, maka: V = m V Tinggi gudang (t) = 4 = 6796,5 4 = 11,9009 m Panjang gudang (p) = lebar gudang (l) = 11,90 m =.806 m

54 LC. Gudang Olivine (F-10) Fungsi : Tempat penyimpanan Olivine Bahan konstruksi : Dinding bata beton dengan atap seng dan tiang beton Bentuk : Prisma Segi Empat Beraturan Jumlah : 1 unit Kondisi penyimpanan Temperatur : T = 0 C (0,15 K) Tekanan operasi : P = 1 atm (101,5 kpa) Kebutuhan perancangan : t = 1 bulan Laju alir massa : F = 908,58 kg/jam = kg/bln Densitas Olivine : ρ = 0 kg/m Volume Olivine = kg 0 kg/m = 60,777 m Faktor kelonggaran = 0% Volume gudang = 1, 60,777 m = m Gudang direncanakan berukuran : panjang (p) = lebar (l) = tinggi (t) Volume gudang (V) = p l t = t t t = 4 t Tinggi gudang (t) = 4 V = 756,9 4 = 5,71 m Panjang gudang (p) = lebar gudang (l) = 5,71 m = 11,46 m

55 LC. Gudang MgO (F-10) Fungsi : Tempat penyimpanan MgO Bahan konstruksi : Dinding bata beton dengan atap seng dan tiang beton Bentuk : Prisma Segi Empat Beraturan Jumlah : 1 unit Kondisi penyimpanan Temperatur : T = 0 C (0,15 K) Tekanan operasi : P = 1 atm (101,5 kpa) Kebutuhan perancangan : t = 6 bulan Laju alir massa : F = 14010,1 kg (Stok 1 bulan) Densitas MgO : ρ = 580 kg/m Volume MgO = 14010,1 kg 580 kg/m =,9144 m Faktor kelonggaran = 0% Volume gudang = 1,,9144 m = 4,6961 m Gudang direncanakan berukuran : panjang (p) = lebar (l) = tinggi (t) Volume gudang (V) = p l t = t t t = 4 t Tinggi gudang (t) = V 4 Panjang gudang (p) = 4, = 1,055 m = lebar gudang (l) = 1,055 m =,11 m

56 LC.4 Chipper (C-101) Fungsi : Mereduksi ukuran kayu karet. Tipe : BX10 Bahan konstruksi : Carbon steel Jumlah : unit Kapasitas : kg/jam = ton/jam Data perhitungan Temperatur T = 0C (0,15 K) Tekanan operasi P = 1 atm (101,5 kpa) Umpan padatan serbuk kayu karet diperkirakan memiliki ukuran diameter berkisar 4 6 cm, diambil ukuran d = 5 cm = 50 mm = μm Rasio reduksi alat grinder tipe roll ball mill, R = 4 (Ulrich, 1984) d R = di d maka ukuran hasil reduksi, di = = = 1500 μm R 4 Daya grinder : dimana, P (kw) = m 10 Wi (1/ P = daya (kw) m = kapasitas / massa umpan (ton/jam) d = diameter umpan (μm) di = diameter hasil reduksi (μm) Wi = indeks kerja motor (kw jam/ton) d i 1/ d ) (Walas, 1988) dari Tabel 1., Walas, 1988, Wi untuk padatan SKK adalah 1,81 P = ,81 (1/ / ) P = 7,89 kw (1 HP / 0,74570 kw) P = 50,815 HP Digunakan daya motor standar 51 HP

57 LC.5 Belt Conveyor (J-101) Fungsi : Mengalirkan Umpan Kayu Karet ke Chipper (C-101) Bahan konstruksi : Carbon steel Bentuk : Horizontal screw conveyor Jumlah : unit Temperatur T = 0 C (0,15 K) Tekanan operasi P = 1 atm (101,5 kpa) Jarak angkut L = 10 m Laju alir bahan F = 6155,05 kg/jam (per unit conveyor) = 17,04 kg/s Densitas bahan ρ = 1, kg/l = 100 kg/m = 1, gr/cm Direncanakan dalam 1 proses cukup ditempuh 1/1 jam kerja (5 menit) F Q = 6155,05/100 = 47,196 x 5 = 5,981 m /jam = 0,0655 m /s Kemampuan daya laju Volumetrik screw converyer 0,0655 m /s Daya conveyor : P = 0,07 F 0,8 L (Peters, 004) dimana : P = Daya conveyor (kw) F = Laju alir massa (kg/s) L = Jarak angkut (m) P = 0,07 (17,04) 0,8 10 = 7,161 kw = 9,60 HP Dalam hal ini, digunakan daya motor standar 10 HP

58 LC.6 Belt Conveyor (J-104) Fungsi : Mengalirkan umpan SKK ke Rotary Dryer (B-101) Bahan konstruksi : Carbon steel Bentuk : Horizontal scew conveyor Jumlah : unit Temperatur T = 0 C (0,15 K) Tekanan operasi Jarak angkut Laju alir bahan P = 1 atm (101,5 kpa) L = 10 m F = 6155,05 kg/jam (per unit conveyor) = 17,04 kg/s Densitas bahan ρ = 1, kg/l = 100 kg/m = 1, gr/cm Direncanakan dalam 1 proses cukup ditempuh 1/1 jam kerja (5 menit) F Q = 6155,05/100 = 47,196 x 5 = 5,981 m /jam = 0,0655 m /s Kemampuan daya laju Volumetrik screw converyer 0,0655 m /s Daya conveyor : P = 0,07 F 0,8 L (Peters, 004) dimana : P = Daya conveyor (kw) F = Laju alir massa (kg/s) L = Jarak angkut (m) P = 0,07 (17,04) 0,8 10 = 7,161 kw = 9,60 HP Dalam hal ini, digunakan daya motor standar 10 HP LC.7 Belt Conveyor (J-105) Fungsi : Mengalirkan umpan SKK ke Gasifier (R-0) Bahan konstruksi : Carbon steel Bentuk : Horizontal scew conveyor Jumlah : unit Temperatur T = 0 C (0,15 K) Tekanan operasi P = 1 atm (17,5 kpa) Jarak angkut L = 10 m Laju alir bahan F = 5519,55 kg/jam (per unit conveyor) = 15,8 kg/s Densitas bahan ρ = 1, kg/l = 100 kg/m = 1,gr/cm

59 Direncanakan dalam 1 proses cukup ditempuh 1/1 jam kerja (5 menit) F Q = 5519,55 /100 = 4,476 x 5 = 1,8 m /jam = 0,0589 m /s Kemampuan daya laju Volumetrik screw converyer 0,0555 m /s Daya conveyor : P = 0,07 F 0,8 L (Peters, 004) dimana : F = Laju alir massa (kg/s) L = Jarak angkut (m) P = 0,07 (15,8) 0,8 10 P = Daya conveyor (kw) = 6, kw = 8,808 HP Dalam hal ini, digunakan daya motor standar 9 HP LC.8 Belt Conveyor 1 (J-10) Fungsi : Mengalirkan Olivine menuju Char Combustor (R-01) Bahan konstruksi : Carbon steel Bentuk : Horizontal scew conveyor Jumlah : unit Temperatur T = 0 C (0,15 K) Tekanan operasi Jarak angkut Laju alir bahan P = 1 atm (101,5 kpa) L = 10 m Densitas bahan ρ = 0 kg/m F = 878,581 kg/jam (per unit conveyor) = 0,7996 kg/s Direncanakan dalam 1 proses cukup ditempuh 1/6 jam kerja (10 menit) F Q = 878,581/0 = 0,8671 x 10 = 8,671 m /jam = 0,00408 m /s Kemampuan daya laju Volumetrik screw converyer 0,0067 m /s Daya conveyor : P = 0,07 F 0,8 L (Peters, 004) dimana : F = Laju alir massa (kg/s) L = Jarak angkut (m) P = 0,07 (0,799) 0,8 10 = 0,587 kw = 0,781 HP P = Daya conveyor (kw) Dalam hal ini, digunakan daya motor standar 1 HP

60 LC.9 Belt Conveyor (J-10) Fungsi : Mengalirkan olivine dan MgO menuju Char Combustor (R- 01) Bahan konstruksi : Carbon steel Bentuk : Horizontal screw conveyor Jumlah : unit Temperatur T = 0 C (0,15 K) Tekanan operasi P = 1,7 atm (101,5 kpa) Jarak angkut L = 10 m Laju alir bahan F = 911,84 kg/jam (per unit conveyor) = 0,808 kg/s Densitas bahan ρ = 0,11 kg/m Direncanakan dalam 1 proses cukup ditempuh 1/6 jam kerja (10 menit) F Q = 911,84/0,1 = 0,8769 x 10 = 8,769 m /jam = 0,0046 m /s Kemampuan daya laju Volumetrik screw converyer 0,0094 m /s Daya conveyor : P = 0,07 F 0,8 L (Peters, 004) dimana : P = Daya conveyor (kw) F = Laju alir massa (kg/s) L = Jarak angkut (m) P = 0,07 (0,808) 0,8 10 = 0,588 kw = 0,7888 HP Dalam hal ini, digunakan daya motor standar 1 HP LC.10 Belt Conveyor (J-106) Fungsi : Mengalirkan olivine menuju reformer (R-0) Bahan konstruksi : Carbon steel Bentuk : Horizontal scew conveyor Jumlah : unit Temperatur T = 0 C (0,15 K) Tekanan operasi P = 1 atm (101,5 kpa) Jarak angkut L = 10 m Laju alir bahan F = 0 kg/jam (per unit conveyor) = 0,008 kg/s

61 Densitas bahan ρ = 0 kg/m Direncanakan dalam 1 proses cukup ditempuh 1/6 jam kerja (10 menit) F Q = 0/0 = 0,00906 x 10 = 0,0906 m /jam = 0, m /s Kemampuan daya laju Volumetrik screw converyer 0, m /s Daya conveyor : P = 0,07 F 0,8 L (Peters, 004) dimana : F = Laju alir massa (kg/s) L = Jarak angkut (m) P = 0,07 (0,008) 0,8 10 P = Daya conveyor (kw) = 0,01809 kw = 0, HP Dalam hal ini, digunakan daya motor standar 1 HP LC.11 Rotary Dryer (B-101) Fungsi : Mengurangi kadar air dalam SKK Tipe : Steam Tube Dryer Jumlah : 1 unit Tabel LC. 1 Komposisi padatan dalam Dryer (B-101) Komposisi Massa Densitas V campuran Kayu karet 97186, ,758 Air 55, ,5 Total 1710,1 100,8 laru tan Beban panas 1,645 kg / m = kj/jam = 5515 btu/jam Jumlah steam yang dibutuhkan = 9776,0 kg/jam Perhitungan volume rotary dryer, Faktor kelonggaran = 10 % Volume rotary dryer = 100,8 m 1,1 = 110,10 m

62 LMTD = Perhitungan luas permukaan rotary dryer, Temperatur saturated steam = C = 94,8 0 F Temperatur umpan masuk rotary dryer = 0 0 C = 86 0 F Temperatur umpan keluar rotary dryer = 10 0 C = 48 0 F Ud = 110 btu/jam. 0 F.ft (Perry,1999) 94, , ,8 48 ln 94,8 86 = 108,5 0 F Q Luas permukaan rotary dryer, A = Ud LMTD 5515 = = 1,4 ft ,5 Perhitungan waktu tinggal (retention time), 0,075 V s =... (Schweitzer,1979) S Dimana : V = Volume rotary dryer Maka, = ρs = Densitas campuran umpan S = Laju massa campuran umpan 0, ,10 1, ,1 = 0,085 jam = 4,95 menit Dari tabel 1 (Perry, 1999) untuk kondisi operasi di atas diperoleh: Diameter rotary dryer = 0,965 m Panjang rotary dryer = 4,57 m Putaran rotary dryer = 6 rpm Daya motor =, HP Tube steam OD = 114 mm Jumlah tube steam = 14 buah

63 LC.1 Gasifier (R-0) Fungsi : Mengubah umpan serbuk kayu karet (SKK) menjadi gas sintesa (gasifikasi) Bahan konstruksi : Carbon steel Bentuk : Fliudized Bed Reactor Jumlah : unit Data Desain : Tekanan = 1,701 atm Temperatur = 870 o C ρ g ρ char = 970 kg/m ρ p = 600 kg/m g = 9,8 m/s dp char dp olivine μ g = 0,946 kg/m (Estimasi Hysys v..) = 0, mm = 0,000 m = 0, mm = 0,000 m = 0, Ns/m (Pa-s) Karena besarnya kapasitas pabrik, maka aliran umpan dibagi menjadi aliran, sehingga menggunakan rangkaian gasifier yang identik ukurannya. m g m char m olivine m p = 190,649 kg/jam = 1094,054 kg/jam = ,77 kg/jam = 11889,86 kg/jam ρ olivine = 600 kg/m (Kunii, 1991) Langkah-langkah perhitungan: 1. Menghitung diameter partikel rata-rata (dp ) 1 dp = ( xi / dpi) (Kunii, 1991) (xi/dpi) = m p m char dp char m m dp p olivine olivine dp = 5000 = 0,000 m