LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA

Transkripsi

1 LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA Basis perhitungan : 1 hari operasi Kapasitas TBS : 60 ton/jam Konversi TBS ke POME : 60 %(Novaviro Technology, 010) Maka, jumlah produksi POME Jumlah kebutuhan POME = Karakteristik POME : = 60 % x 60 ton/jam = 6 ton/jam ton jam = 6 x 0 x00 jam hari = ton/tahun ton tahun x hari tahun 1 tahun 65 hari = 591, ton/hari = 591, m /hari = ,819 L/hari COD input : mg/l...(senafati, 010). % Dekomposisi COD : 65%...(Sompong dkk., 007) mg.l COD input : x ,819 L hari COD output COD terkonversi : 1.64,86 kg/hari : COD input 0,65 x COD input : 1.64,86 kg/hari 0,65 x 1.64,86 kg/hari : ,54 kg/hari : 1.64,86 kg/hari ,54 kg/hari : 0.86,849 kg/hari Komposisi Biohidrogen, % Volume (Sompong dkk., 007) 61 % H 8,9915 % CO 85 ppm H S = 0, % H S

2 Densitas masing-masing gas (Hysys) H = 0,0811 kg/m CO = 1,7780 kg/m H S = 1,790 kg/m Densitas campuran biohidrogen ρ campuran = (%.ρ)h + (%.ρ)co + (%.ρ) H S = (0,61.0,0811) + (0, ,7780) + (0, ,790) = 0,749 kg/m A.1 Tangki Pre-treatment (M-10) Fungsi: sebagai tempat menon-aktifkan bakteri yang memproduksi gas metana, sehingga produksi gas hidrogen yang dihasilkan lebih besar. C-105 TC L-104 FC 1 M-10 J-106 LCPKS memiliki komposisi 46,1% karbohidrat (C 5 H 10 O 5 ) 900, 11,% protein dan 7,9% lipid (Yoshimasa, 010). Namun pada rancangan ini perhitungan neraca massa LCPKS hanya dihitung sebagai komponen yang terbesar dalam LCPKS yaitu karbohidrat yang akan dihidrolisis menjadi glukosa dan dikonversikan menjadi biohidrogen. NaOH yang diperlukan pada pre-treatment adalah 10% NaOH 1 M (Syafawati dkk.,01) Neraca massa komponen: LCPKS : F 1 (C5H10O5)900 = 7.810,9589 kg/hari F 1 HO F 1 = ,860 kg/hari = ,819 kg/hari NaOH : F L gr kg NaOH = 10% x ,819 x1mx40 x hari mol 1000gr =.67,1 kg/hari

3 Neraca massa total: F = F 1 + F F = ,819 kg/hari+.67,1 kg/hari F = ,945 kg/hari A. Tangki Pencampur (M-107) Fungsi: sebagai tempat mencampur LCPKS dari Tangki Pre-Treatment dengan nutrisi. 4 5 FC FC 6 J-106 TC J- 11 Karakteristik LCPKS Rambutan (Yoshimasa,010) : Fe yang terkandung dalam LCPKS = 70 mg/l C : N : P = 50 : 5,4 : 0,4 Nutrisi yang diperlukan dalam fermentasi biohidrogen (Sompong dkk., 007): Fe + C : N = 74 C : P = 559 = 57 mg/l Neraca massa komponen: FeCl : F 4 FeCl= M- 107 mg L 70 x ,819 x L hari 41,447kg/hari mg.l 1kg 187 x ,819 x 110,660 kg/hari L hari mg 1kg mg

4 Na HPO 4.H O: F 5 mg.l NaHPO4.HO 4,4 x ,819 x L hari 1kg mg Neraca Massa total : F + F 4 + F 5 = F 6 0,66 kg/hari ,945 kg/hari + 110,660kg/hari+ 0,66 kg/hari= F 6 F 6 = ,8708 kg/hari A. Bioreaktor hidrogen (R-01) Fungsi : sebagai tempat berlangsungnya reaksi pembentukan hidrogen dengan menggunakan bakteri termofilik. 7 FC FC LI 8 6 TC J-0 J-11 R-01 Kesetimbangan reaksi yang terjadi di dalam reaktor fermentasi : Reaksi: (C 5 H 10 O 5 ) H O 750 C 6 H 1 O 6 (Barnali dkk.,008) 750C 6 H 1 O H O (l) + H S (l) 000H (g) + 500C H 4 O (l) + 500C 4 H 8 O (l) CO (g) + H S (g) (Sompong dkk., 009) Neraca Massa Total : F 6 = F 7 + F 8 F 7 = COD terkonversi = 0.86,849 kg/hari F 8 = F 6 F 7 = ,8708 kg/hari ,849 kg/hari = 57.89,015 kg/hari

5 Neraca Komponen : Alur6 F 6 = ,8708 kg/hari F 6 (C5H10O5)900 = 7.810,9589 kg/hari F 6 HO F 6 NaOH F 6 FeCl = ,860 kg/hari =.67,1 kg/hari = 110,660 kg/hari F 6 NaHPO4.HO = 0,66 kg/hari Alur 7 F 7 F 7 H F 7 CO F 7 HS Alur 8 F 8 = 0.86,849 kg/hari = 0.86,849 kg/hari / 0,749 kg/m = 7.44,870 m /hari = 0,61 x 7.44,870 m /hari = ,4661 m /hari = 1.57,9866 kg/hari = 0,89915 x 7.44,870 m /hari = ,588 m /hari = 19.05,6459 kg/hari = 0, x 7.44,870 m /hari =,7 m /hari =,168 kg/hari = 57.89,015 kg/hari F 8 (C5H10O5)900 = kg/hari F 8 C6H1O6 F 8 HO F 8 NaOH F 8 FeCl = 4.41,8 kg/hari = 89.47,589 kg/hari =.67,1 kg/hari = 110,660 kg/hari F 8 NaHPO4.HO = 0,66 kg/hari

6 A.4 Reaktor Biogas (R-0) Fungsi : sebagai tempat berlangsungnya reaksi pembentukan biogas dengan menggunakan bakteri termofilik. 9 8 LI FC 10 R-0 J-04 Kesetimbangan reaksi yang terjadi di dalam reaktor fermentasi : Reaksi: (C 5 H 10 O 5 ) H O 750 C 6 H 1 O 6 (Barnali dkk.,008) 750C 6 H 1 O H O (l) + H S (l) 000H (g) + 500C H 4 O (l) + BK-05 F 8 F 8 COD = 57.89,015 kg/hari = ,54 kg/hari 500C 4 H 8 O (l) CO (g) (Sompong dkk., 009) % Dekomposisi COD : 84,9%...(Senafati, 010) F 9 F 9 CH4 F 9 CO = 0,849 x ,54 kg/hari = 9.19,965 kg/hari =.67,567 kg/hari = 5.907,14 kg/hari F 9 HO = 44,0001 kg/hari F 9 HS = 1,8 kg/hari Neraca Massa Total : F 8 = F 9 + F ,015 kg/hari = 9.19,965 kg/hari + F 10 F 10 F 10 = 57.89,015 kg/hari ,965 kg/hari = ,095 kg/hari + H S (g)

7 A.5 Biodesulfurisasi Fungsi : untuk menyerap gas H S yang terkandung dalam biohidrogen, gas H S terserap sempurna. 15 PC LI TC T-01 R-0 1 F Diketahui dibutuhkan inokulum + medium fermentasi 4,7 L/jam untuk umpan gas 00 L/jam. Inokulum sebanyak 1 L. Sedangkan, medium terdiri dari 0,66 mol/l Na + dan 1,4 mol/l K + sebagai karbonat. Selanjutnya, médium mengandung (dalam g/ 1 L dari air demineralisasi) : 1 K HPO 4 ; 0,8 NaNO ; 6 NaCl ; 0, MgCl.6H O (Van den Bosch dkk., 007). Gas yang masuk = F 7 = 7.44,870 m /hari 1 L x 1 dm 1000 dm x m 1hari x 4 jam = ,458 L/jam Jadi, medium fermentasi yang dibutuhkan :,7 L/jam 00 L/jam x x , 458 L/jam = 14.10,8517 L/jam Diketahui : Masing-masing densitas medium : K HPO 4 =,44 g/ cm NaNO =,57 g/ cm

8 NaCl =,165 g/ cm MgCl.6H O = 1,569 g/ cm NaOH =,1 g/ cm KOH =,044 g/ cm (Wikipedia,01) Air demineralisasi = 1000a x 10 - Liter/jam a gram K HPO 4 = 1 gr/l x a L =,44 g/cm = 0,4098a cm = 0,4098a x 10 - L/jam 0,8a gram NaNO = 0,8 gr/l x a L =,57 g/cm = 0,677a cm = 0,677a x 10 - L/jam 6a gram NaCl = 6 gr/l x a L =,165 g/cm =,7714a cm =,7714a x 10 - L/jam 0,a gram MgCl.6H O = 0, gr/l x a L = 1,569 g/cm = 0,175a cm = 0,175a x 10 - L/jam Medium fermentasi = air demineralisasi + K HPO 4 + NaNO +NaCl +MgCl.6H O 14.10,8517 L/jam = (1000a + 0,4098a + 0,677a +,7714a + 0,175a) x 10 - L/jam 14.10,8517 L/jam = 1,006986a L/jam a = ,881 Air demineralisasi = ,881 L/jam x 1 kg/l = ,881 kg/jam K HPO 4 = 1 gr/l x ,881 L/jam = ,881 gr/jam = 14,0509 kg/jam NaNO = 0,8 gr/l x ,881 L/jam = 11.66,97 gr/jam = 11,66 kg/jam NaCl = 6 gr/l x ,881 L/jam = 84.05,986 gr/jam = 84,05 kg/jam MgCl.6H O = 0, gr/l x ,881 L/jam =.810,1766 gr/jam =,810 kg/jam NaOH = 0,66 mol/l x14.10,8517 L/jam x 40 g/mol = 7.15, gr/jam = 7,15 kg/jam KOH = 1,4 mol/l x 14.10,8517 L/jam x 56 g/mol = ,0 gr/jam = 1.058,780 kg/jam Jadi total médium fermentasi dalam kg/jam yaitu : Medium fermentasi = ,881 kg/jam + 14,0509 kg/jam + 11,66 kg/jam + 84,05 kg/jam +,810 kg/jam + 7,15 kg/jam ,780 kg/jam = ,050 kg/jam x 4 jam/hari = 74.6,19 kg/hari

9 A.5.1 Absorber Desulfurisasi (T-01) 15 PC 14 1 T Alur 1 F 1 F 1 H F 1 CO F 1 HS Alur 14 F 14 Alur 15 F 15 F 15 H F 15 CO Alur 16 F 16 = 0.86,849 kg/hari = 1.57,9866 kg/hari = 19.05,6459 kg/hari =,168 kg/hari = Medium fermentasi = 74.6,19 kg/hari = 0.8,65 kg/hari = 1.57,9866 kg/hari = 19.05,6459 kg/hari = 74.66,560 kg/hari F 16 medium = 74.6,19 kg/hari F 16 HS =,168 kg/hari Neraca Massa Total : F 1 + F 14 = F 15 + F ,849 kg/hari+ 74.6,19 kg/hari = 0.8,65 kg/hari ,560 kg/hari ,1685 kg/hari = ,1685 kg/hari

10 A.5. Bioreaktor Desulfurisasi (R-0) LI TC R-0 1 H S =,168 kg/hari = 84%) 16,8 g/hari =94,6111 mol/hari 4 g/mol H S + ½O S + H O (Konversi Awal 94,6111 mol 0,5 x 79,47 9,767 mol Reaksi 0,84 x 94,6111 9,767 mol 79,47 mol 79,47 mol 79,47 mol Sisa 15,178 mol - 79,47 mol 79,47 mol So O H O H S mikroba = 79,47 mol/hari x g/mol =.54,1456 g/hari =,541 kg/hari = 9,767 mol/hari x g/mol = 1.71,5744 g/hari = 1,716 kg/hari = 79,47 mol/hari x 17 g/mol = 1.51,0461 g/hari = 1,510 kg/hari = 15,178 mol/hari x 4 g/mol = 514,685 g/hari = 0,5147 kg/hari Alur 16 F 16 F 16 medium F 16 HS Alur 1 F 1 O Alur 19 F 19 F 19 medium = 74.66,559 kg/hari = 74.6,19 kg/hari =,168 kg/hari = 1,716 kg/hari = 74.6,19 kg/hari = 74.6,8045 kg/hari

11 F 19 HS = 0,5147 kg/hari Alur 14 F 14 = Medium fermentasi = 74.6,19 kg/hari Alur 17 F 17 F 17 medium F 17 HS F 17 S = 74.67,8075 kg/hari = 74.64,7497 kg/hari = 0,5147 kg/hari =,541 kg/hari Neraca Massa Total : F 16 + F 1 + F 19 = F 14 + F ,559 kg/hari + 1,716 kg/hari ,19 kg/hari = 74.6,19 kg/hari ,8075 kg/hari ,167 kg/hari = ,167 kg/hari A.5. Settler (F-06) F Alur 17 F 17 F 17 medium F 17 HS F 17 S Alur 19 F 19 F 19 medium F 19 HS = 74.67,8075 kg/hari = 74.64,7497 kg/hari = 0,5147 kg/hari =,541 kg/hari = 74.6,19 kg/hari = 74.6,8045 kg/hari = 0,5147 kg/hari

12 Alur 18 F 18 F 18 medium F 18 S = 4,488 kg/hari = 1,945 kg/hari =,541 kg/hari Neraca Massa Total : F 17 = F 18 + F ,8075 kg/hari = 4,4884 kg/hari ,19 kg/hari 74.67,8075 kg/hari = 74.67,8075 kg/hari A.6 Kolom Absorpsi-Stripping Fungsi : untuk menyerap CO yang terkandung dalam biogas dan melepaskan CO. Jumlah CO yang dikeluarkan dari sistem 99% (Twigg, 1989) dari alur 18.Larutan Benfield (K CO ) (BM= 18 kg/kmol). K CO yang digunakan adalah K CO 0 %, temperatur K CO masuk absorber adalah 50 0 C. Reaksi pengikatan CO : K CO + CO + H O KHCO.. (1) Reaksi pelepasan CO : KHCO CO + H O + K CO () PC JC-40 0 E-11 6 T-08 PC TC 15 E-10 T-1 J-09 FC 5 J-1

13 Dimana semua CO yang terserap dilepaskan pada kolom stripper. Jumlah CO yang terabsorpsi 99% dari jumlah CO umpan, maka : F 4 = 99 % x F 15 CO = 0,99 x 19.05,6459 kg/hari = 18.85,895 kg/hari Maka mol CO yang terbentuk dari reaksi () : N 4 CO = = 4 F CO BM CO 18.85, = 48,0770 kmol/hari Jumlah CO yang terbentuk = 48,0770 kmol/hari Jumlah KHCO yang bereaksi = 856,1541 kmol/hari Neraca Massa Total : F 15 = F 1 + F 4 0.8,65 = F ,895 kg/hari F 1 = 1.548,41 kg/hari Alur 1 F 1 H = F 15 H = 1.57,9866 kg/hari F 1 CO= F 1 F 15 H = 190,565 kg/hari Alur N KHCO = 856,1541 kmol/hari F KHCO = N KHCO x BM KHCO F HO = 856,1541 kmol/hari x 100 kg/kmol = ,41 kg/hari = 10.15,418 kg/hari Alur 0 Jumlah K CO bereaksi = 48,0770 kmol/hari = 48,0770 kmol/hari x 18 kg/kmol = ,606 kg/hari

14 K CO yang digunakan 0% berat, maka Total umpan (F0) = ,606 kg/hari x 100/0 = ,454 kg/hari Jumlah H O = 70 % x ,454 kg/hari = ,8048 kg/hari Jumlah H O bereaksi = 48,0770 kmol/hari = 48,0770x 18 kg/kmol = 7.705,866 kg/hari Jumlah H O tidak bereaksi = ,8048 kg/hari 7.705,866 kg/hari = 10.15,418 kg/hari F0 = ,454 kg/hari F 0 KCO F 0 HO = ,606 kg/hari = ,8048 kg/hari Kolom Stripper F 4 F 4 CO F 5 = F 0 F 5 KCO F 5 HO F = F F KHCO F HO = 18.85,895 kg/hari = 18.85,895 kg/hari = ,454 kg/hari = ,606 kg/hari = ,8048 kg/hari = ,848 kg/hari = ,4067 kg/hari = 10.15,418 kg/hari

15 A.7 Pressure swing adsorbtion (T-16) 1 PC PC T-16 0 Aliran gas yang diubah harus berisi paling sedikit 70% mol hidrogen sebelum dapat diproses dan untuk dibersihkan di dalam unit PSA (Mann, 1995). Kemurnian hidrogen yang dapat dihasilkan melalui unit PSA adalah sebesar 99,99% mol dan metana (inert) 0,1 % mol (Monereau, dkk., 006). F 0 H F 0 CO Maka dalam mol : N 0 H N 0 CO = 1.57,9866 kg/hari = 190,565 kg/hari = 678,99 kmol/hari = 4,40 kmol/hari Jumlah H yang dihasilkan 99,9 % mol, maka : N 0 H = N 1 H + N H N H N 1 H F 1 H F H N CO F CO F total terserap = 99,9% N 0 H + N H = (100-99,9)% N 0 H = 0,6790 kmol/hari = 678,14 kmol/hari = 1.56,686 kg/hari = 1,580 kg/hari = 4,40 kmol/hari = 190,565 kg/hari Maka jumlah gas yang terserap : = 191,6144 kg/hari

16 LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA ENERGI Basis perhitungan : 1 hari operasi Satuan operasi : kj/hari Temperatur basis : 5 o C Neraca panas ini menggunakan rumus-rumus perhitungan sebagai berikut: Perhitungan panas untuk bahan dalam fasa cair dan gas T Q i = H i = (Van Ness, 1975) n Cp dt T198 Perhitungan panas penguapan Q V = N ΔH VL Perhitungan Cp beberapa padatan (J/mol.K) dengan menggunakan metode Hurst dan Harrison, dimana nilai kontribusi unsur atom. Tabel LB.1 Nilai kontribusi Unsur Atom Unsur Atom Δ E C 10,89 H 7,56 O 1,4 Fe 9,08 Cl 4,69 Na 6,19 K 8,78 S 1,6 P 6,6 Sumber : Perry, 1999 Rumus Metode Hurst dan Harrison: n C N ps i i1 Ei

17 Dimana : Cps = Kapasitas panas padatan pada 98 K ( J/mol.K ) n = Jumlah unsur atom yang berbeda dalam suatu senyawa N i Δ Ei = Jumlah unsur atom I dalam senyawa = Nilai dari distribusi atom I pada tabel LB.1 Menghitung Cp glukosa: Cp = 6.Δ EC + 1.Δ EH + 6.Δ EO = 6 (10,89) + 1 (7,56) + 6(1,4) = 6,58 J/mol.K Tabel LB. Kapasitas panas beberapa senyawa pada 98 K (J/mol.K) Komponen Cp C 6 H 1 O 6 6,58 NaOH 47,17 FeCl 78,46 Na HPO 4.H O 18,1 S 1,6 K CO 108,71 KHCO 87,49 K HPO 4 145,4 NaNO 85,19 NaCl 50,88 MgCl.6H O 4,1 KOH 49,76 Persamaan untuk menghitung kapasitas panas (Reklaitis, 198) : Cp a bt ct dt... (1) Jika Cp adalah fungsi dari temperatur maka persamaan menjadi : T CpdT ( a bt CT dt ) dt... () T1 T T1

18 T b c d 4 4 CpdT a ( T T1 ) ( T T1 ) ( T T1 ) ( T T1 )... () 4 T1 Untuk sistem yang melibatkan perubahan fasa persamaan yang digunakan adalah : T Tb T Cpl dt H Vl CpdT Cp dt... (4) T1 T1 Perhitungan energi untuk sistem yang melibatkan reaksi : Tb v dq dt rh R N T T1 CpdT out N T T1 CpdT out... (5) Data Cp untuk fasa gas: Tabel LB. Data Kapasitas Panas (J/ mol. K) Komponen a b c d e CH 4(g) 8,87-0, , ,6849E-07 8,00679E-11 CO (g) 19,0 0, ,7067E-05,7457E-08-8,104E-1 H (g) 17,686 0, ,1485E-04 1,0588E-07 -,9180E-11 H S (g) 4,54-0, ,76664E-05-5,454E-08 1,40690E-11 O (g) 9,88-0, ,779E-05 -,7006E-08 1,01006E-11 H O (g) 4,0471-0, ,998E-05 -,04467E-08 4,08E-1 Sumber: Reklaitis, 198 Data Cp untuk fasa cair: Tabel LB.4 Data Kapasitas Panas (J/ mol. K) Senyawa A b C d H O (l) 1, , , , CH 4(l) CO (l) Sumber: Reklaitis, 198-5, ,056 1, , , , , ,

19 Tabel LB.5 Panas Reaksi Pembentukan (kkal/mol) Komponen ΔHf CH 4(g) -17,89 CO (g) -94,05 H S -4,8 H O (l) -57,8 H 0 CH COOH -10,9 CH CH CH COOH -11,7 Sumber: Reklaitis, 198 Perhitungan ΔHf 0 (kkal/mol) dengan menggunakan metode Benson et al, dimana kontribusi gugusnya adalah: Tabel LB.6 Tabel Kontribusi Gugus dengan Metode Benson et al Sumber : Perry, 1999 Rumus metode Benson et al: ΔHf o 98 = 68,9 + Ni x Δhi Dimana : ΔHf o 98 Ni Δhi ΔHf o 98 = entalpi pembentukkan pada 98 K (kj/mol) = jumlah group atom i di dalam molekul = nilai dari kontribusi gugus atom pada tabel LB.6 = 68,9 + Ni x Δhi = 68,9 + 5(-OH-) + 1(COH) + 4. (CH) + 1. (-CH-) = 68,9 + 5.(-08,04) + 1.(,09) + 4.(9,89) + 1.(-0,64) = -870,9 kj/mol = -08,15 kkal/mol

20 B.1 Tangki Pre-Treatment (M-10) Fungsi: sebagai tempat menon-aktifkan bakteri yang memproduksi gas metana, sehingga produksi gas hidrogen yang dihasilkan lebih besar NaOH 0 o C LCPKS 60 o C 1 LCPKS NaOH 80 o C M-10 Energi masuk = N 1 C6H1O6 98 CpdT + N 1 HO 98 0 CpdT + N NaOH 98 CpdT Tabel LB.7 Perhitungan Energi yang masuk kedalam Tangki Pre-Treatment Alur Komponen F N N x CpdT (kj) Cp dt (kg/ hari) (kmol/ hari) Karbohidrat 7.810,9589, ,794 1 Air , ,5479.6, ,876 NaOH.67,1 59,1781 5, ,1508 Q in (kj/ hari) ,7 panas pelarutan NaOH dalam air (wikipedia,01) = -44,51 kkal/mol = ,468 kj/kmol N. H = 59,1781 x ,468 = ,0815 kj Temperatur pada alur keluar, T out = 80 o C = 5 K 5 Energi keluar = N C6H1O CpdT + N HO 98 5 CpdT + N NaOH 98 CpdT

21 Tabel LB.8 Perhitungan Energi yang Keluar dari Tangki Pre-Treatment Alur dq dt N. H F N N x CpdT (kj) Komponen Cp dt (kg/ hari) (kmol/ hari) Glukosa 7.810,9589, ,59 Air , , , ,860 NaOH.67,1 59, , ,658 pelaru tan Q out Q Q out (kj/ hari) ,478 in = , , ,7 =.1.476,0640 kj =,1 x 10 6 kj Steam yang digunakan adalah saturated pada suhu (150 o C), tekanan 1 atm dan keluar sebagai liquid pada suhu 150 o C, tekanan 1 atm. Dari steam tabel (Smith, 001) diperoleh : Saturated steam pada 1 atm, C, Hv(150 0 C) = 745,4 kj/kg Saturated liquid pada 1 atm, C, Hl(150 0 C) = 6,1 kj/kg q = [H v (150 o C) H l (150 o C)] q = [745,4 6,1] q =.11, kj/kg Jumlah steam yang diperlukan : m = m dq dt q,1x 10.11, kj/kg ,614 6 kj/hari kg/hari

22 B. Tangki Pencampur ( M-107 ) Fungsi : sebagai tempat mencampur LCPKS dari Tangki Pre-Treatment dengan nutrisi. FeCl 0 o C Na HPO 4.H O 0 o C 4 5 LCPKS NaOH 80 o C 6 LCPKS NaOH FeCl Na HPO 4.H O 79,971 o C M-107 Panas masuk alur sama dengan panas keluar tangki Pre-treatment yaitu ,5811 kj/hari. 5 Energi masuk alur = N C6H1O N 4 FeCl 98 5 CpdT + N HO 98 0 CpdT + N 5 NaHPO4.HO 98 5 CpdT + N NaOH 98 CpdT CpdT Tabel LB.9 Perhitungan Energi yang Masuk ke dalam Tangki Pencampur (M- 107) Alur Komponen F N N x CpdT (kj) Cp dt (kg/ hari) (kmol/ hari) Karbohidrat 7.810,9589, ,59 Air , , , ,860 NaOH.67,1 59, , ,658 4 FeCl 110,66 0,871 9, 4, Na HPO 4.H O 0,66 0, ,65 11,467 Q in (kj/ hari) ,46

23 Dari data termodinamika Perry, 1999 : panas pelarutan FeCl dalam air = +17,9 kkal/mol = 74.94,7 kj/kmol panas pelarutan Na HPO 4.H O dalam air = -0,8 kkal/mol = -.400,76 kj/kmol N. H = (0,871x 74.94,7) + (0,119 x -.400,76) = ,7811 kj Untuk mengetahui suhu keluaran dari M-166, maka dilakukan trial error, sehingga didapatkan suhu 79,948 o C, Tabel LB.10 Perhitungan Temperatur Keluar dari Tangki Pencampur (M-1) Alur Komponen F N N x CpdT (kj) Cp dt (kg/ hari) (kmol/ hari) Karbohidrat 7.810,9589, , ,19 Air , , , ,8 6 NaOH.67,1 59, , ,861 FeCl 110,66 0, , ,81 Na HPO 4.H O 0,66 0, , ,8976 Q out (kj/ hari) ,5964 B. Bioreaktor Hidrogen ( R-01 ) Fungsi : sebagai tempat berlangsungnya reaksi pembentukan hidrogen dengan menggunakan bakteri termofilik. H CO H S 0 o C 7 LCPKS NaOH FeCl Na HPO 4.H O 79,971 o C LI 6 8 TC LCPKS NaOH FeCl Na HPO 4.H O 60 o C R-01

24 Temperatur basis = 5 o C Reaksi (Dawei Liu, 008): (C 5 H 10 O 5 ) H O 750 C 6 H 1 O 6 (Barnali dkk.,008) ( Hr 1 ) 750C 6 H 1 O H O (l) + H S (l) 000H (g) + 500C H 4 O (l) + 500C 4 H 8 O (l) CO (g) + H S (g) (Sompong dkk., 009) ( Hr ) H S yang terbentuk dari hasil pembusukan oleh mikroorganisme pada fasa cair terionisasi menjadi fasa gas (speece, R.E., 1996) H l H S = 568 kal/ mol H v H S = 4.46 kal/ mol (Perry) r 1 = Hr 1 =750. H f o C 6 H 1 O 6(s) - ( H f o C 5 H 10 O 5(s) + H f o H O (l) ) = (750 x -08,15) (-158,47-08,15) = ,97 kkal/mol = ,6 kj/kmol F karbohidrat awal- F karbohidrat sisa BM karbohidrat 7.810, = = 0,11 kmol/hari Hr = [ 000. H f o H (g) H f o C H 4 O (l) H f o C 4 H 8 O (l) H f o CO (g) ] [750. H f o C 6 H 1 O 6(s) H f o H O (l) ] + [H v H S -.H l H S] = [(000x0) + (500x -10,9) + (500x -11,7) + (1500x -94,05)] [750x -08,15 + (500x -57,8)] + [4,46 0,568] = ,605 kkal/mol = , kj/kmol F glukosa awal - F glukosa sisa r = BM glukosa 5.09, ,8 = 180 = 4,8489 kmol/hari r. Hr = (r 1. Hr 1 ) + (r. Hr ) = ( ,9) + ( ,0190) = ,04 kj/hari

25 Panas masuk reaktor (R-01) = panas keluar tangki pencampur (M-107) = ,5964 kj Entalpi biogas = N 8 H CpdT + N 8 CO CpdT + N 8 HS CpdT Tabel LB.11 Perhitungan Temperatur Keluar dari Bioreaktor (R-01) F N N x CpdT (kj) Alur Komponen Cp dt (kg/ hari) (kmol/ hari) H 1.57, ,99 14, , CO H S 19.05,6459 4, , ,19,168 0, , ,0511 Q out (kj/ hari) ,095 Energi keluar = N 8 C6H1O6 98 N 8 FeCl 98 CpdT + N 8 HO 98 CpdT + N 8 NaHPO4.HO 98 CpdT + N 8 NaOH 98 CpdT CpdT + Tabel LB.1 Perhitungan Temperatur Keluar dari Bioreaktor (R-01) Alur Komponen F N N x CpdT (kj) Cp dt (kg/ hari) (kmol/ hari) Glukosa 4.41,86 15, , ,1988 Karbohidrat , , 8 Air 99.46, ,8105.6, ,1509 NaOH.67,1 59, , ,055 FeCl 110,66 0, ,1.97,5674 Na HPO 4.H O 0,66 0, ,55 786,469 Q out (kj/ hari) ,699 dq Qout rhr Qin dt = ( , ,699) + ( ,04) ,5964 = ,1619 kj = -1,41 x 10 9 kj

26 Air pendingin yang digunakan pada suhu 0 o C dan keluar sebagai air pendingin bekas pada suhu 60 o C. H (60 o C) = 51,1 H (0 o C) = 15,7 Jumlah air pendingin yang diperlukan : dq m = dt H m -1,41x 10 kj/hari (15,7 51,1) kj/kg ,1097 kg/hari 9 B.4 Reaktor Biogas ( R-0) Fungsi : sebagai tempat berlangsungnya reaksi pembentukan biogas dengan menggunakan bakteri termofilik. CH 4 CO H S H O 0 o C 9 Temperatur basis = 5 o C Reaksi : R-0 (C 5 H 10 O 5 ) H O 750C 6 H 1 O 6 (Barnali dkk.,008) ( Hr 1 ) 750C 6 H 1 O 6 (S) +750H O (l) +H S (l) 50CH 4(g) +50CO (g) +750H O (g) + H S (g) ( Hr ) LCPKS LCPKS LI NaOH 8 10 NaOH FeCl FeCl TC NaHPO4.HO NaHPO4.HO 60 o C 55 o C H S yang terbentuk dari hasil pembusukan oleh mikroorganisme pada fasa cair terionisasi menjadi fasa gas (speece, R.E., 1996) H l H S = 568 kal/ mol H v H S = 4.46 kal/ mol

27 H l H O = 1.46 kal/ mol H v H O= 9.79 kal/ mol (Perry) r 1 = Hr 1 =750. H f o C 6 H 1 O 6(s) - ( H f o C 5 H 10 O 5(s) + H f o H O (l) ) = (750 x -08,15) (-158,47-08,15) = ,97 kkal/mol = ,6 kj/kmol F karbohidrat awal- F karbohidrat sisa BM karbohidrat = = 0,094 kmol/hari ΔHr = [ 50.ΔH f CH 4(g) + 50.ΔH f CO (g) ] [750.ΔH f C 6 H 1 O 6 (S) ] +[H v H S - H l H S] + [H v H O (g) - H l H O (l) ] = [(50x -17,89) + (50x -94,05)] (750x -08,15) + (4,46-0,568) + (9,79 1,46) kkal/mol = ,1 kkal/mol = ,4 kj/kmol F glukosa awal - F glukosa sisa r = BM glukosa 4.41,8.944,544 = 180 =,057 kmol/hari r. Hr = (r 1. Hr 1 ) + (r. Hr ) = ( ,) + ( ,7) = kj/hari Panas masuk bioreaktor penghasil biogas (R-1) = panas keluar bioreaktor penghasil hidrogen (R-11) pada alur 8 = ,699 kj 0 Entalpi biogas = N 8 CH N 8 HS 98 0 CpdT + N 8 CO 98 CpdT 0 CpdT + N 8 HO 98 CpdT

28 Tabel LB.1 Perhitungan Temperatur Keluar dari Bioreaktor (R-0) Alur Komponen F N N x CpdT (kj) Cp dt (kg/ hari) (kmol/ hari) CH 4.67,567 10, , ,9547 CO 5.907,14 14, , ,18 9 H O 44,0001, , ,7547 H S 1,8 0,06 170,000 6,1788 Q out (kj/ hari) 6.,071 8 Energi keluar = N 8 C6H1O N 8 FeCl 98 8 CpdT + N 8 HO 98 8 CpdT + N 8 NaHPO4.HO 98 8 CpdT + N 8 NaOH 98 CpdT CpdT + Tabel LB.14 Perhitungan Temperatur Keluar dari Bioreaktor (R-0) Alur Komponen F N N x CpdT (kj) Cp dt (kg/ hari) (kmol/ hari) Glukosa.944,544 1, , ,894 Karbohidrat , ,7 10 Air 9.9, ,094.56, ,97 NaOH.67,1 59, ,1 8.74,9046 FeCl 110,66 0,871.5,8.055,0577 Na HPO 4.H O 0,66 0, ,9 674,080 Q out (kj/ hari) ,605 dq Qout rhr Qin dt = (6., ,605) + ( ) ,699 = ,0140 kj = -1,006 x 10 9 kj Air pendingin yang digunakan pada suhu 0 o C dan keluar sebagai air pendingin bekas pada suhu 60 o C. H (60 o C) = 51,1 H (0 o C) = 15,7

29 Jumlah air pendingin yang diperlukan : dq m = dt H m -1,006x 10 kj/hari (15,7 51,1) kj/kg kg/hari 9 B.5 Cooler ( E-07 ) Fungsi : untuk mendinginkan gas dan cairan yang berasal dari kompresor (JC-06) sebelum diumpankan ke absorber (T-01) Kondensat 60 o C, 1 atm H CO H S 149,805 o C, 8,89 atm 11 1 E-41 H CO H S 5 o C, 8,89 atm Air pendingin 0 o C, 1 atm Aliran 8 adalah aliran gas dan cairan keluar kompresor (JC-06). Dari perhitungan pada spesifikasi JC-07, diketahui T 11 = 149,805 o C. Entalpi gas dan cairan keluaran kompresor dapat dilihat pada tabel LB-15 4, NCpdT ( H 6,70055 ) 687,99 (17,68(451,64 98) 10 11, ,88 10 (451,64 98 ) , x10 (451,64 98 )) 5 =,5005 x 10 6 kj 9 (451,64 (451, ) 4 )

30 4, , NCpdT NCpdT ( CO 7,9691 ) 4,4010 (19,0 (451,64 98) 10 7, (451, , x10 (451,64 98 ) 5 =,141 x 10 6 kj 4, = 409,1845 kj (451, ,457 ) ,4 ( HS) 0,0944 (1,88 (451,64 98) ,8677 ) (451,64 (451,64 (451,64 98 ) (451,64 98 )) )) ) Tabel LB.15 Entalpi gas dan cairan keluar Kompresor (E-06) Komponen N (kmol) Cp dt H H 687,99.64, ,60 CO 4, , ,0714 H S 0, , ,1845 H in (kj) ,4819 Gas dan cairan sebelum diumpankan ke absorber T-01 suhunya diturunkan hingga 5 0 C dengan menggunkan air pendingin, sehingga dapat dihitung Entalpi gas dan cairan pada suhu 5 0 C, NCpdT ( H 6,70055 ) 687,99 (17,68(08 98) 10 11, ,88 10 (08 98 ) , x10 (08 98 )) 5 = 1,9655 x 10 5 kj 9 (08 ( ) 4 )

31 08 98 NCpdT ( CO 7,9691 ) 4,4010 (19,0 (08 98) 10 7, (08 81,04 1 x10 (08 5 = 1,615 x 10 5 kj ) 7,457 ) (08 ( )) ) NCpdT ( H 77,4 S) 0,0944 (1,88 (08 98) 10 4, ( ,8677 ) 10 4 (08 7 ( ) 98 = 71,885 kj Tabel LB.16 Entalpi gas dan cairan output Cooler (E-07) Komponen N (kmol) Cp dt H H 687,99 85, ,7165 CO 4,4010 7, ,999 H S 0, ,5 71,8850 H out (kj) , )) dq dt Qout - Qin = ,5414 kj ,4819 kj = -4,859 x 10 6 kj Air pendingin yang digunakan pada suhu 0 o C dan keluar sebagai air pendingin bekas pada suhu 60 o C. H (60 o C) = 51,1 H (0 o C) = 15,7 Jumlah air pendingin yang diperlukan : dq m = dt H m - 4,859 x 10 (15,7 51,1) kj/kg 4.177,748 6 kj/hari kg/hari

32 Tabel LB.17 Neraca Energi pada Cooler (E-07) Masuk Keluar Komponen 11 1 H , ,7165 CO , ,999 H S 409, ,8850 dq/dt , Subtotal , ,5414 Total , ,5414 B.5 Absorber (T-01) Fungsi : untuk menyerap gas H S yang terdapat pada hasil fermentasi biohidrogen dengan menggunakan medium dari bioreaktor. H CO 0 o C H O K HPO 4 NaNO NaCl MgCl.6H O NaOH KOH 0 o C T Energi masuk alur 14 = N 14 HO o C H CO H S CpdT + N 14 KHPO CpdT + N 14 NaCl N 14 NaOH 98 H O K HPO 4 NaNO NaCl MgCl.6H O NaOH KOH HS - 0 o C 08 CpdT + N 14 KOH 98 CpdT + N 14 NaNO 08 CpdT +N 14 MgCl.6HO 98 CpdT CpdT

33 Tabel LB.18 Perhitungan Energi Masuk ke dalam Absorber (T-01) Alur Komponen F N N x CpdT (kj) Cp dt (kg/ hari) (kmol/ hari) Air 7.1, , , ,5140 K HPO 4 7,16 1, ,.815,777 NaNO 79,898,91 851,9.805,59 14 NaCl.0,7 4,6 508, ,861 MgCl.6H O 67,4448 0,17 4,1 807,1415 NaOH 8.95,567,89 471, ,676 KOH 5.98,67 45, , ,46 Q in (kj/ hari) ,175 Energi masuk absorber keseluruhan = Energi keluar dari cooler (E-07)+ Energi masuk ke dalam absorber pada alur 14 = , ,175 = ,6790 kj 08 Energi keluar pada alur 15 = N 15 H 08 CpdT + N 15 CO CpdT Tabel LB.19 Perhitungan Energi Keluar dari Absorber (T-10) Alur Komponen F N N x CpdT (kj) Cp dt (kg/ hari) (kmol/ hari) H 1.75, ,99 85, , CO 19.05,6459 4,4010 7, ,999 Q out (kj/ hari) , Energi keluar pada alur 16 = N 16 HO N 16 NaOH CpdT + N 16 KHPO CpdT+ N 16 NaCl CpdT + N 16 KOH 98 CpdT + N 16 NaNO 08 CpdT +N 16 MgCl.6HO CpdT + N 16 HS 98 CpdT CpdT

34 Tabel LB.0 Perhitungan Energi Keluar dari Absorber (T-01) Alur Komponen F N N x CpdT (kj) Cp dt (kg/ hari) (kmol/ hari) Air 7.1, , , ,5140 K HPO 4 7,16 1, ,.815,777 NaNO 79,898,91 851,9.805,59 16 NaCl.0,7 4,6 508, ,861 MgCl.6H O 67,4448 0,17.4,1 807,1415 NaOH 8.95,567,89 471, ,676 KOH 5.98,67 45, , ,46 H S,168 0, ,5 71,8850 Q in (kj/ hari) ,05 Tabel LB.1 Neraca Energi pada Absorber (T-01) Masuk Keluar Komponen H O , ,5140 K HPO 4.815, ,777 NaNO.805, ,59 NaCl , ,861 MgCl.6H O 807, ,1415 NaOH 105.7, ,676 KOH 5.685, ,46 H , , CO , ,999 - H S - 71, ,8850 Sub Total , , , ,05 r. Hr - - Total , ,6790

35 B. Bioreaktor Desulfurasi ( R-0 ) Fungsi : sebagai tempat berlangsungnya reaksi oksidasi pembentukan sulfur dari gas H S dengan menggunakan mikroba. H O K HPO 4 NaNO NaCl MgCl.6H O NaOH KOH 5 o C H O K HPO 4 NaNO NaCl MgCl.6H O NaOH KOH H S 5 o C H O K HPO 4 NaNO NaCl MgCl.6H O NaOH KOH H S 5 o C LI R-0 1 TC O 0 o C H O K HPO 4 NaNO NaCl MgCl.6H O NaOH KOH H S S 5 o C Panas masuk bioreaktor desulfurisasi alur 16 (R-0) = Panas keluar absorber (T-01) alur 16 = ,05 kj Reaksi yang terjadi pada reaktor desulfurisasi : 1 H S (l) + O(g) S (s) + H O (l) ΔHr = [ ΔH H O (l) + ΔH S (s) ] [ΔH H S (l) + 0,5.ΔH O (g) ] f f f f r = = [(-57,8) + (0)] [(-4,8) + (0)] kkal/mol = -5,98 kkal/mol = , kj/kmol F H S awal - F H S sisa BM H S,168 0,5147 = 4,07 = 0,0791 kmol/hari

36 r. Hr = ,5685 kj/hari Dari data termodinamika Perry, 1999 : panas pelarutan KOH dalam air = 1,91 kkal/mol = ,588 kj/kmol panas pelarutan NaCl dalam air = -1,164 kkal/mol = -4.87,45 kj/kmol panas pelarutan MgCl.6H O dalam air =,4 kkal/mol = 14.5,1 kj/kmol panas pelarutan NaNO dalam air = -5,5 kkal/mol = -.07,4 kj/kmol panas pelarutan K HPO 4 dalam air = 4,7 kkal/mol = ,96 kj/kmol panas pelarutan NaOH dalam air = -44,51 kkal/mol = ,468 kj/kmol N.H = (45,5477 x ,588) + (4,6 x -4.87,45) + (0,17 x 14.5,1) + (,91 x -.07,4) + (1,958 x ,96) + (,91 x ,468) = , kj 08 Energi masuk pada alur 1 = N 1 O NCpdT ( O CpdT 1,184 ) 0,097 (9,88 (08 98) 10 4, ( , x10 (08 98 ) 5 = 11,7115 kj 08 Energi masuk pada alur 19 = N 19 HO N 19 NaOH 98 (08 7,006 ) CpdT + N 19 KHPO CpdT+ N 19 NaCl CpdT + N 19 KOH (08 4 ) 98 CpdT + N 19 NaNO 08 CpdT +N 19 MgCl.6HO CpdT + N 19 HS 98 4 )) CpdT CpdT

37 Tabel LB. Perhitungan Energi Masuk ke Bioreaktor (R-0) Alur Komponen F N N x CpdT (kj) Cp dt (kg/ hari) (kmol/ hari) H O 7.0, , , ,0609 K HPO 4 7,198 1, ,.815,60 NaNO 79,891,90 851,9.805, NaCl.0,167 4,61 508, ,745 MgCl.6H O 67,4444 0,17.4,1 807,17 NaOH 8.95,507, , ,18 KOH 5.98,599 45, , ,169 H S 0,5147 0, ,5 11, Energi keluar pada alur 17 = N 17 HO 98 Q in (kj/ hari) , CpdT + N 17 KHPO CpdT+ N 17 NaCl 98 CpdT + N 17 NaNO 08 CpdT +N 17 MgCl.6HO 98 CpdT 08 +N 17 NaOH 08 CpdT + N 17 KOH 08 CpdT + N 17 HS CpdT Tabel LB. Perhitungan Energi Keluar ke Bioreaktor (R-0) Alur Komponen F N N x CpdT (kj) Cp dt (kg/ hari) (kmol/ hari) H O 7.1, , , ,119 K HPO 4 7,16 1, ,.815,777 NaNO 79,898,91 851,9.805,59 17 NaCl.0,7 4,6 508, ,861 MgCl.6H O 67,4448 0,17.4,1 807,1415 NaOH 8.95,567,89 471, ,676 KOH 5.98,67 45, , ,46 H S 0,5147 0, ,5 11,555 S,541 0,079 1,6 9,801 Q out (kj/ hari) ,064

38 dq Qout rhr Qin dt = ( , ,175) + ( , ,) ( , , ,7115) = ,7740 kj = -1,74 x 10 7 kj Air pendingin yang digunakan pada suhu 0 o C dan keluar sebagai air pendingin bekas pada suhu 60 o C. H (60 o C) = 51,1 H (0 o C) = 15,7 Jumlah air pendingin yang diperlukan : dq m = dt H m -1,74 x 10 kj/hari (15,7 51,1) kj/kg 18.9,041 kg/hari 7 B. Absorber CO ( T-08 ) Fungsi : menyerap gas CO yang terdapat dalam campuran gas. H CO 7,4 o C 1 0 H O K CO 75 o C 15 H CO 5 o C T-08 H O KHCO 7,4 o C

39 Panas masuk absorber = Alur 15, T= 5 o C Qin T 98 NCp dt NCpdT ( H 6,70055 ) 678,99 (17,686(08 98) 10 11, ,80 x = 19,655 x 10 4 kj (08 ( ,88 ) ) 9 (08 ( ) ) NCpdT Q (15) ( CO 7,9691 ) 4,4010 (19,0 (08 98) 10 7, (08 81,04 1 x10 5 = 16,158 x 10 4 kj = 5,808 x 10 4 kj 98 7,457 ) (08 ( )) ) Alur 0, T= 75 o C Larutan benfield masuk pada suhu 75 0 C, 1 atm NCp L dt( H NCp s dt( K O) 7657,85 x (18,964 (48 98) 18, (48 = 8,8665 x 10 6 kj CO ),68x 10 kj 47, ,4 98 ) ,077 x 108,71x (48-98) 6 9 (48 4 ( )) ) Q (0) = 1,19x 10 6 kj Maka Qin absorber = Q(15) + Q(0) = 1,5514 x 10 6 kj

40 Absorber bersifat adiabatis, sehingga: dq Qout Hr - Qin 0 dt Qout +Hr = Qin = 1,5514 x 10 6 kj Reaksi yang terjadi pada absorber : CO + K CO + H O KHCO Hr = -6,4 kkal/mol (Reina, 011) r (Jumlah K CO yang bereaksi) = 48,077 kmol rhr Qout = -75,551 kj = 1,554 x 10 6 kj Untuk mencari suhu keluar dari absorber maka dilakukan trial error, sehingga diperoleh suhu keluar 7,44 0 C (45,44 K) Tabel LB.4 Perhitungan Energi Keluar dari Absorber (T-08) Alur Komponen F N N x CpdT (kj) Cp dt (kg/ hari) (kmol/ hari) H 1.57, ,99.171, , CO 190,565 4, , , H O 10.15, , , ,6487 KHCO , , , ,46 Q out (kj/ hari) ,8011 Tabel LB.5 Neraca Energi pada Absorber (T-08) Masuk Keluar Komponen H , , CO , , KCO , HO , ,6487 KHCO ,46 Sub Total , , , ,07 r. Hr ,5511 Total , ,660

41 B. Heat Exchanger ( E-10 ) Fungsi : Untuk menukarkan panas antara larutan amine solution yang keluar dari stripper dengan larutan rich solution yang keluar dari absorber. K CO H O 88 o C, 1 atm 6 KHCO H O 7,4 o C, 1 atm E- KHCO H O T o C, 1 atm 5 K CO H O 11 o C, 1 atm Alur, T= 7,4 o C Larutan rich solution masuk pada suhu 7,4 0 C, 1 atm 45, ,4 98 NCp L dt( H NCp s dt( KHCO ) O) 79,7455 x (18,964 (45,4 98) 18, (45,4 = 5,8405 x 10 6 kj,55x 10 6 kj 114,4 98 ) ,1541x 87,49 x (45,4-98) 47, (45,4 (45, )) 98 ) Q () = 9,98 x 10 6 kj Alur 5, T= 11 o C Larutan amine solution masuk pada suhu C, 1 atm NCp L dt( H O) 7657,85 x (18,964 (85 98) 18, (85 = 50,46 x 10 6 kj 47, ,4 98 ) (85 4 ( )) )

42 85 98 NCp s dt( K CO ) 48,077 x 108,71x (85-98) 4,0487x 10 6 kj Q (5) = 54,5087 x 10 6 kj Alur 6, T= 88 o C Larutan amine solution keluar pada suhu 88 0 C, 1 atm NCp L dt( H NCp s dt( K O) 7657,85 x (18,964 (61 98) 18, (61 = 6,49 x 10 6 kj CO ),918x 10 6 kj 47, ,4 98 ) ,077 x 108,71x (61-98) 9 (61 98 ) 4 4 (61 98 )) Q (6) = 9,610 x 10 6 kj Alur, T= 99,117 o C Untuk mencari suhu keluar dari rich solution, maka dilakukan trial error sehingga diperoleh suhu keluar 99,117 0 C, 1 atm 7, , NCp L dt( H NCp s dt( KHCO ) O) 79,7455 x (18,964 (7,117 98) 18, (7,117 = 40,5174 x 10 6 kj 114,4 98 ) ,4015 x 87,49 x (7,117-98) 4,0x 10 6 kj 47, (7,117 (7, )) 98 ) Q () = 44,5404 x 10 6 kj

43 Tabel LB.6 Neraca Energi pada Heat Exchanger (E-10) Masuk Keluar Komponen 5 6 KHCO.55.6, ,414 - H O , , , ,17 K CO , ,01 Sub total , , , ,14 Total , ,54 B. Stripper ( T-1 ) Fungsi : untuk melepaskan CO dari larutan rich solution. CO 100 o C, 1 atm 4 KHCO H O 71,46 o C, 1 atm T-1 K 5 CO H O 100 o C, 1 atm Alur, T= 99,117 o C 7, , NCp L dt( H NCp s dt( KHCO ) O) 79,7455 x (18,964 (7,117 98) 18, (7,117 = 40,5174 x 10 6 kj 4,0x 10 6 kj 114,4 98 ) ,4015 x 87,49 x (7,117-98) 47, (7,117 (7, )) 98 ) Q () = 44,5404 x 10 6 kj

44 Alur 5, T= 11 o C Larutan amine solution masuk pada suhu C, 1 atm NCp L dt( H NCp s dt( K O) 7657,85 x (18,964 (85 98) 18, (85 = 50,46 x 10 6 kj CO ) 4,0487x 10 6 kj 47, ,4 98 ) ,077 x 108,71x (85-98) 9 (85 4 ( )) ) Q (5) = 54,5087 x 10 6 kj Alur 4, T= 11 o C NCpdT ( CO 7,9691 ) 48,077 (19,0 (85 98) 10 7, ,04 x = 1,4515 x 10 6 kj Reaksi yang terjadi pada stripper: KHCO r = 48,077 kmol (85 ( ) 7,457 ) (85 ( CO + K CO + H O Hr = 6,4 kkal/mol (Reina,011) rhr (panas pelepasan CO ) =.75,551 kj dq Qout Hr - Qin dt = (54,5087 x ,4515 x 10 6 ) + (.75,551) (44,5404 x 10 6 ) = 11,46 x 10 6 kj 4 ) )) Steam yang digunakan adalah saturated pada suhu (150 o C), tekanan 1 atm dan keluar sebagai liquid pada suhu 150 o C, tekanan 1 atm. Dari steam tabel (Smith, 001) diperoleh : Saturated steam pada 1 atm, C, Hv(100 0 C) = 745,4 kj/kg

45 Saturated liquid pada 1 atm, C, Hl(100 0 C) = 6,1 kj/kg q = [H v (150 o C) H l (150 o C)] q = [745,4 6,1] q =.11, kj/kg Jumlah steam yang diperlukan : m = dq dt q 6 11,46 x 10 kj/hari m..11, kj/kg 5.405,0865 kg/hari Tabel LB.7 Neraca Energi pada Stripper (T-1) Masuk Keluar Komponen 4 5 CO ,61 - KHCO , H O , ,450 K CO ,14 Sub total , , ,47 rδhr -.75,5511 Q ,4 - Total , ,650 B. Cooler ( E-11 ) Fungsi : mendinginkan larutan amine solution sebelum diumpankan menuju absorber kembali. Kondensat 60 o C, 1 atm K CO H O 75 o C, 1 atm 0 6 E-11 Air pendingin 0 o C, 1 atm K CO H O 88 o C, 1 atm

46 Alur 6, T= 88 o C Larutan amine solution masuk pada suhu 88 0 C, 1 atm NCp L dt( H NCp s dt( K O) 7657,85 x (18,964 (61 98) 18, (61 = 6,49 x 10 6 kj CO ),918x 10 6 kj 47, ,4 98 ) ,077 x 108,71x (61-98) 9 (61 98 ) 4 4 (61 98 )) Q (6) = 9,610 x 10 6 kj Alur 0, T= 75 o C Larutan benfield keluar pada suhu 75 0 C, 1 atm NCp L dt( H NCp s dt( K O) 7657,85 x (18,964 (48 98) 18, (48 = 8,8665 x 10 6 kj CO ),68x 10 6 kj 47, ,4 98 ) ,077 x 108,71x (48-98) 9 (48 4 ( )) ) Q (0) = 1,19 x 10 6 kj dq Qout - Qin dt = 1,19 x 10 6 kj 9,610 x 10 6 kj = -8,1677 x 10 6 kj Air pendingin yang digunakan pada suhu 0 o C dan keluar sebagai air pendingin bekas pada suhu 60 o C. H (60 o C) = 51,1 H (0 o C) = 15,7 Jumlah air pendingin yang diperlukan :

47 dq m = dt H m - 8,1677 x 10 kj/hari (15,7 51,1) kj/kg 65.1,106 kg/hari 6 B. Cooler ( E-404 ) Tabel LB.8 Neraca Energi pada Cooler (E-11) Komponen Masuk Keluar 6 0 HO , ,896 KCO , ,7147 Q ,5 - Total , ,6109 Fungsi : mendinginkan gas CO sebelum disimpan dalam tangki penyimpanan gas CO. Kondensat 60 o C, 1 atm CO 1,541 o C, 100 atm 7 8 E-404 CO 40 o C, 1,541 atm Air pendingin 0 o C, 1 atm Aliran 7 adalah aliran gas CO keluar kompresor (JC-40). Dari perhitungan pada spesifikasi JC-40, diketahui T 7 = 1,541. Entalpi gas CO keluaran kompresor dapat dilihat pada tabel LB , NCpdT ( CO 7,9691 ) 48,077 (19,0 (486,541 98) 10 7, (486,541 81, x10 (486,541 5 = ,1 kj ) 7,457 ) (486, (486, )) )

48 Tabel LB.9 Entalpi gas output Kompresor (JC-40) Komponen N (kmol) Cp dt H CO 48, , ,1 gas sebelum disimpan suhunya diturunkan hingga 40 0 C dengan menggunakan air pendingin, sehingga dapat dihitung Entalpi gas pada suhu 40 0 C, 1 98 NCpdT ( CO 7,9691 ) 48,077 (19,0 (1 98) 10 7, ( , x10 (1 98 ) 5 = ,657 kj 7,457 ) 10 4 (1 9 ( ) 98 4 )) Tabel LB.0 Entalpi gas output Cooler (E-404) Komponen N (kmol) Cp dt H CO 48, , ,657 dq dt Qout - Qin = ,657 kj ,1 kj = -,0584 x 10 6 kj Air pendingin yang digunakan pada suhu 0 o C dan keluar sebagai air pendingin bekas pada suhu 60 o C. H (60 o C) = 51,1 H (0 o C) = 15,7 Jumlah air pendingin yang diperlukan : dq m = dt H 6 -,0584 x 10 kj/hari m (15,7 51,1) kj/kg 4.89,4616 kg/hari

49 Tabel LB.1 Neraca Energi pada Cooler (E-404) Komponen Masuk Keluar 7 8 CO , ,657 Q , Total , ,657 LB.1 Cooler ( E-15 ) Fungsi : Untuk menurunkan suhu gas sebelum memasuki kolom PSA. Kondensat 0 o C, 1 atm H CO 179,81 o C, 0 atm 9 0 E-15 H CO 60 o C, 0 atm Air pendingin 0 o C, 1 atm Aliran 9 adalah aliran gas dan cairan keluar kompresor (JC-14). Dari perhitungan pada spesifikasi JC-14, diketahui T 9 = 179,81 o C. Entalpi gas dan cairan keluaran kompresor dapat dilihat pada tabel LB-1 45, ,81 98 NCpdT ( H NCpdT ( CO 6,70055 ) 678,99 (17,68(47,8 98) 10 11, ,88 10 (47,8 98 ) , x10 (47,8 98 )) 5 =,0708 x 10 6 kj Q (9) = ,060 kj 7,9691 ) 4,4 (19,0 (47,8 98) 10 7, (47,8 81,04 1 x10 (47,8 5 =,696 x 10 4 kj ) 9 7,457 ) 10 4 (47,8 9 (47, (47,8 (47, ) 4 ) ) ))

50 Tabel LB. Entalpi gas dan cairan output Kompresor (JC-14) Komponen N (kmol) Cp dt H H 678,99 4.5, ,191 CO 4,4 6.4, ,1669 H in (kj) ,060 Gas dan cairan sebelum diumpankan ke kolom PSA T-16 suhunya diturunkan hingga 60 0 C dengan menggunkan air pendingin, sehingga dapat dihitung Entalpi gas dan cairan pada suhu 60 0 C, NCpdT ( H NCpdT ( CO 6,70055 ) 678,99 (17,68( 98) 10 11, ,88 10 ( 98 ) , x10 ( 98 )) 5 = 6,857 x 10 5 kj 7, ,04 x10 5 = 5,76 x 10 kj Q (0) = ,9051 kj ( ( ) 9 7,9691 ) 4,4 (19,0 ( 98) ( 7,457 ) 10 4 ( 4 98 ( 9 ( 98 ) 4 ) 98 4 ) 98 4 )) Tabel LB. Entalpi gas dan cairan output Cooler (E-15) Komponen N (kmol) Cp dt H H 678, , ,161 CO 4,4 1.6, ,7790 H out (kj) ,9051

51 dq dt Qout - Qin = ,9051 kj ,060 kj = -,4094 x 10 6 kj Air pendingin yang digunakan pada suhu 0 o C dan keluar sebagai air pendingin bekas pada suhu 60 o C. H (60 o C) = 51,1 H (0 o C) = 15,7 Jumlah air pendingin yang diperlukan : dq m = dt H 6 -,4094 x 10 kj/hari m (15,7 51,1) kj/kg 19.14,0144 kg/hari Tabel LB.4 Neraca Energi pada Cooler (E-15) Komponen Masuk Keluar 9 0 H , ,161 CO 6.960, ,7790 Q , Total , ,9051 LB.14 Cooler ( E-407 ) Fungsi : Mendinginkan gas H sebelum disimpan dalam tangki penyimpanan gas H. Kondensat 60 o C, 1 atm H 7,075 o C, 0 atm 4 E-407 H 40 o C, 0 atm Air pendingin 0 o C, 1 atm

52 Aliran adalah aliran gas CO keluar kompresor (JC-406). Dari perhitungan pada spesifikasi JC-406, diketahui T = 7,075 o C. Entalpi gas CO keluaran kompresor dapat dilihat pada tabel LB- 46, NCpdT ( H 7,9691 ) 678,14 (19,0 (48,075 98) 10 7, (48,075 81,04 1 x10 (48,075 5 = 98.08,5 kj ) 7,457 ) (48,075 (48, )) ) Tabel LB.5 Entalpi gas output Kompresor (JC-406) Komponen N (kmol) Cp dt H H 678,14 1.8, ,5 gas sebelum disimpan suhunya diturunkan hingga 40 0 C dengan menggunakan air pendingin, sehingga dapat dihitung Entalpi gas pada suhu 40 0 C, 1 98 NCpdT ( CO 7,9691 ) 678,14 (19,0 (1 98) 10 7, ( , x10 (1 98 ) 5 = ,04 kj 7,457 ) (1 ( ) )) dq dt Tabel LB.6 Entalpi gas output Cooler (E-407) Komponen N (kmol) Cp dt H CO 678,14 49, ,04 Qout - Qin = ,04 kj ,5 kj = -6,470 x 10 5 kj Air pendingin yang digunakan pada suhu 0 o C dan keluar sebagai air pendingin bekas pada suhu 60 o C.

53 H (60 o C) = 51,1 H (0 o C) = 15,7 Jumlah air pendingin yang diperlukan : dq m = dt H m 5-6,470x 10 kj/hari (15,7 51,1) kj/kg 5.159,77 kg/hari Tabel LB.7 Neraca Energi pada Cooler (E-407) Komponen Masuk Keluar 4 H 98.08, ,04 Q , Total , ,04

54 LAMPIRAN C PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN LC.1 Bak Umpan LCPKS (BK-101) Fungsi : Menampung LCPKS Bentuk : Bak Silinder vertikal dengan alas datar Bahan konstruksi : Beton Kedap air Jumlah : 1 unit Kondisi operasi : P = 1 atm T = 0 0 C Waktu tinggal ( τ ) : hari Laju alir massa (F) = ,819 kg/hari Densitas () = 98,4 kg/m Faktor kelonggaran = 0 % (Perry dan Green,1999) Menghitung volume tangki : ,8 19 kg/hari Laju alir volumetrik (Q) = 98,4 kg/m = 601,8681 m /hari Volume larutan = τ x Q = hari x 601,8681 m /hari =1.805,604 m Volume tangki, V T = ( 1+ 0, ) x 1.805,604 m =.166,75 m Perhitungan ukuran bangunan Ukuran bak : Panjang bak (p) = x lebar bak (l) maka p = l Tinggi bak (t) = ½ x lebar bak (l) maka t = ½ l Maka : Volume bak (V) = p x l x t.166,75 m = l x l x ½ l Lebar bak (l) = 1,61 m

55 Dengan demikian, Panjang bak (p) Tinggi bak (t) Lebar bak (l) Tinggi larutan dalam bak = = 5, m = 6,06 m = 1,61 m 1.805, ,75 x 6,06 m = 5,55 meter LC. Pompa (J-10) Fungsi Jenis Bahan konstruksi Jumlah : Memompa LCPKS ke Bak Neutralisasi : Pompa screw pump : Commercial Steel : 1 unit Kondisi operasi : Tekanan = 1 atm Temperatur = 60 o C Laju alir massa (F) = ,819 kg/hari = 15,1 lbm/sec Densitas () = 98,4 kg/m = 61,815 lbm/ft Viskositas () = 0,4688 cp = 0,00015 lbm/ft.s Laju alir volumetrik, Q F 15,1 lb m/sec ρ 61,815 lb / ft m 0,46 ft /sec = 0,00697 m /sec Desain pompa : Asumsi aliran turbulen D opt = 0,6 (Q) 0,45 (ρ) 0,1 (Peters,et.al., 004) = 0,6 x (0,00697) 0,45 x (98,4) 0,1 = 0,0951 m =,7451 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis (1997), dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal : 4 in Schedule number : 40 Diameter Dalam (ID) : 4,06 in = 0,55 ft

56 Diameter Luar (OD) : 4,5 in = 0,749 ft Inside sectional area : 0,0884 ft 0,46 ft / s Kecepatan linear, v = Q/A = 0,0884 ft =,788 ft/s Bilangan Reynold : N Re = v D (61,815 = lbm/ ft )(,788 ft/ s)(0,55 ft) 0,00015lbm/ft.s /D = 4,6x10 D 5 = ,8 (Turbulen) = 0,00045 (Geankoplis, 1997) Pada N Re = ,8 dan /D = 0,00045 Dari Fig..10- Geankoplis (1997), diperoleh harga f = 0,0048 Friction loss : 1 Sharp edge entrance= h c = 0,55 1 A v A 1, = 0,066 ft.lbf/lbm = 0,55 1,174 v elbow 90 = h f = n.kf.. g c = (0,75),788 1,174 = 0,1805 ft.lbf/lbm v 1 check valve = h f = n.kf.. g c = 1(,0),788 =0,407 ft.lbf/lbm 1,174 L v Pipa lurus 0 ft = F f = 4f D... g c = 4(0,0048) 0.,788 0,55..,174 = 0,066 ft.lbf/lbm 1 Sharp edge exit = h ex = 1 A1 A v.. g c, = 0,10 ft.lbf/lbm = 1,174

57 Total friction loss : F = 0,8144 ft.lbf/lbm Dari persamaan Bernoulli : P P v v1 gz z1 F Ws (Geankoplis,1997) dimana : v 1 = v Maka : P 1 = P Z = 0 ft,174 ft/ s,174 ftlbm. / lbf. s 0 0 ft 0 0,8144 ftlbf. / lbm W 0 Ws = - 0,8144 ft.lbf/lbm P Effisiensi pompa, = 80 % Ws = - x Wp - 0,8144 = -0,8 x Wp Wp = 6,0179 ft.lbf/lbm s Daya pompa : P = m x Wp = 15,1 lbm/s 6, hp ft.lbf/lbm x 550 ft. lbf / s = 0,714 Hp Maka dipilih pompa dengan daya motor = /4 Hp LC. Tangki Pre-Treatment (M-10) Fungsi Bentuk : Mencampur LCPKS dengan NaOH dan dilakukan pemanasan untuk menonaktifkan bakteri metanasi. : Silinder vertikal dengan alas datar dan tutup elipsoidal Bahan Konstruksi : Carbon steel SA-85 grade C Jumlah : 1 unit

58 Kondisi operasi : P = 1 atm T = 80 0 C Waktu tinggal ( τ ) = 1 jam Laju alir massa (F) = ,945 kg/hari Densitas () = 16,57 kg/m Viskositas () = 0,57 cp Faktor kelonggaran = 0 % (Perry dan Green,1999) Menghitung volume tangki : ,94 5 kg/hari Laju alir volumetrik (Q) = 16,57 kg/m =.74,4 m /hari Volume bahan = τ x Q =1 jam x (1 hari/4 jam) x.74,4 m /hari = 114,084 m Volume tangki, V T = ( 1+ 0, ) x 114,084 m = 17,17 m Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (H S : D T ) = 1:1 1 T Volume silinder = D H H : D 1:1 4 = 1 4 S D T D T ( diameter tangki ) = 5,59 m = 0,1044 in H S ( tinggi silinder ) = 5,59 m = 0,1044 in Menghitung diameter dan tinggi tutup Diameter tutup = diameter tangki = 5,59 m Asumsi Hh : Di = 1 : 4 Tinggi tutup = 1,4 m S T Tinggi total = 5,59 + 1,4 = 6,99 m Menghitung tebal shell tangki PR t n. C SE 0,6P (Perry, 1999)

59 Dimana: t = tebal shell (in) P = tekanan desain (Psia) R = jari-jari dalam tangki (in) S = allowable stress (Psia) E = joint efficiency n = umur alat (tahun) C = corrosion allowance (m/tahun) Volum larutan = 114,084 m Volum tangki = 17,17 m Tinggi larutan dalam tangki = Tekanan hidrostatik P = ρ x g x l = 16,575 kg/m x 9,8 m/det x 5,86 m = 1.60,19 Pa = 1,799 psia Faktor kelonggaran = 0 % Maka, Pdesain = (1,) (P operasi) = 1, ( 14, ,799) = 19,7867 psia Dari Walas, 1988 diperoleh bahwa tekanan desain dari beroperasi pada tekanan 0-10 psig adalah 40 psig atau 54,696 psia. - Direncanakan bahan konstruksi Carbon Steel SA-85 grade C - Allowable working stress (S) : psia (Peters et.al., 004) - Joint efficiency (E) : 0,85 - Corossion allowance (C) : 0,15 in/tahun - Umur alat : 10 tahun t = 1,768 in tebal shell standar yang digunakan adalah in menghitung tebal tutup tangki 54,696x 1 0,1044 t (1700x0,85) 0,6x 54, ,084 17,17 x 6,99 5,86 m Tutup atas tangki terbuat dari bahan yang sama dengan shell 10x0,15 bejana yang (Brownell&Young,1959)

60 Tebal tutup atas = in (Brownell&Young,1959) Perancangan Sistem pengaduk Jenis Baffle : flat 6 blade turbin impeller : 4 buah Kecepatan putaran (N) : 1 rps (Geankoplis, 00) Efisiensi motor : 80 % Pengaduk didesain dengan standar berikut : D a : D t = 0, J : D t = 1 : 1 W : D a = 1 : 5 L : D a = 1 : 4 E : D a = 1:1 (Geankoplis, 00) Jadi : 1. Diameter impeller (D a ) = 0, x D t = 1,68 m = 5,5 ft. Tinggi pengaduk dari dasar (E) = D a = 1,68 m. Lebar baffle ( J) = 0,47 m 4. Lebar daun baffle (W) = 0,4 m 5. Panjang daun impeller (L) = 0,4 m Daya untuk pengaduk : Bilangan Reynold (N Re ) = N D a 1 1,68 16,575 0,57 = ,81 N Re >10.000, sehingga daya tidak tergantung pada bilangan persamaan menjadi : P k N Da g c reynold, 5 T (McCabe dkk., 1999) k T = 0, 5 5 0,1 det 5,5 ft 1,507lbm/ P =,147 lbm. ft/ lbf.det ft = 678,967 ft.lbf/det = 1,44 hp Efisiensi motor, η = 80 % Jadi daya motor = 1,54 hp Menghitung Jaket Steam, Jumlah steam (150 0 C) = 17.79,514 kg/hari

61 Densitas steam =,5458 kg/m Laju alir steam (Qw) = 17.79,51, kg/hari = 6.964,156 m /hari kg/m Diameter dalam jaket = diameter dalam + ( x tebal dinding) = 0,1044 in + [( in)] = 4,1044 in Tinggi jaket = tinggi tangki = 5,5907 m Ditetapkan jarak jaket = 5 in Diameter luar jaket (D) = 4,1044 in + ( 5) in = 4,1044 in = 1,0008 m Luas yang dilalui steam (A), A = (D -d ) = (4,1044 4,1044 ) =.596,98 in =,06 m 4 4 Kecepatan steam (v), Qw 6.964,156 m /hari v = = =.001,00 m/hari A,06 m Tebal dinding jaket (tj), P desain Jenis sambungan = 19,7867 psia = Double welded butt joint Joint Efficiency = 0,85 Allowable Stress = lb/in (Peters et.al., 004) Korosi yang diizinkan (c) = 0,15 in/tahun Tebal shell jaket (t), P D t Tebal jaket (t) SE c (Brownell dan Young, 1959) dimana : t = tebal dinding jaket (in) P = tekanan desain (lb/in ) Dt = diameter dalam jaket (in) S = allowable working stress (lb/in ) E = efisiensi pengelasan c = korosi yang diizinkan (in)

62 19,7867 4,1044 d 0, ,85 0,9 in Dipilih tebal jaket standar 1/ in. LC. 4 Gudang Penyimpanan Natrium Hidroksida (NaOH) (L-104) Fungsi : Menyimpan NaOH selama hari Bahan Konstruksi Bentuk Jumlah : Dinding dari beton, lantai aspal dan atap dari seng : Prisma segi empat beraturan : 1 unit Data Perhitungan: Temperatur, Tekanan, Kebutuhan perancangan, Laju alir massa, T =0 o C P = 1 atm t = hari F =.67,1 kg/hari ρ NaOH, ρ =.100 kg/m (Wikipedia, 01) Kapasitas gudang =.67,1 kg/hari hari =7.101,7 kg. NaOH dikemas dalam goni plastik dengan kapasitas 0 kg/goni. Maka goni yang dibutuhkan = Tinggi gudang: 7.101,7 kg 0kg/ goni 55,0685 goni Asumsi tebal 1 goni plastik = 15 cm Maksimal tumpukan goni = 0 buah Faktor kelonggaran = 0% Tinggi gudang yang dibutuhkan = 1, 15 cm 0 =,9 m = 4 m. Panjang gudang: Direncanakan susunan goni = 0 goni 15 goni Dimana panjang 1 goni = 40 cm Faktor kelonggaran = 0% Untuk jalan dalam gudang = 0% Panjang gudang yang dibutuhkan = 1, 40 cm 0 = 15,6 m = 16 m.

63 Lebar gudang : Faktor kelonggaran = 0 % Dimana lebar 1 goni 0 cm Lebar gudang yang dibutuhkan = 1, 0 cm 15 = 90 cm =,9 m 4 m. LC.5 Belt Conveyor (C-105) Fungsi : mengangkut NaOH ke M-10 Jenis : Continuous belt conveyor Bahan : Carbon steel Kondisi operasi : Temperatur = 0 0 C Tekanan = 1 atm Laju bahan :.67,1 kg/hari Faktor kelonggaran : 1 % Kapasitas total belt conveyor: = 1,1 Laju bahan = 1,1.67,1 kg/hari =.651,178 kg/hari = 0,1105 ton/jam Untuk belt conveyor kapasitas < ton/jam, spesifikasi : (Tabel 1 9, Perry, dkk., 1999) - Lebar belt conveyor = 14 in - Luas permukaan muatan = 0,11 ft - Lapisan belt maksimum = 5 - Kecepatan belt maksimum = 00 ft/menit Perhitungan daya yang dibutuhkan (P): 0,8 P 0,007 m L (Peters, dkk., 004) Dimana: P = daya (kw) m = laju alir massa (kg/s) L = panjang conveyor (m) m = 0,1105 ton/jam = 0,007 kg/s L = 5 ft = 7,6 m

64 Maka P 0,007 (0,007) 0,8 (7,6) 0,00118 kw = 0, hp Digunakan daya 0,05 hp. LC.6 Pompa (J-106) Fungsi : Memompa campuran pre-treatment ke Tangki Pencampur Jenis : Pompa screw pump Bahan konstruksi : Commercial Steel Jumlah : 1 unit Kondisi operasi : Tekanan = 1 atm Temperatur = 80 o C Laju alir massa (F) = ,945 kg/hari = 15,1604 lbm/sec Densitas () = 16,575 kg/m = 1,501 lbm/ft Viskositas () = 0,569 cp = 0,0004 lbm/ft.s Laju alir volumetrik, Q F 15,1604 lb m/sec 1,11 ft /sec ρ 1,501 lb / ft m = 0,018 m /sec Desain pompa : Asumsi aliran turbulen D opt = 0,6 (Q) 0,45 (ρ) 0,1 (Peters,et.al., 004) = 0,6 x (0,018) 0,45 x (16,575) 0,1 = 0,1546 m = 6,0884 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis (1997), dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal : 6 in Schedule number : 40

65 Diameter Dalam (ID) : 6,065 in = 0,5054 ft Diameter Luar (OD) : 6,65 in = 0,551 ft Inside sectional area : 0,006 ft 1,11 ft / s Kecepatan linear, v = Q/A = 0,006 ft = 5,5898 ft/s Bilangan Reynold : N Re = v D (1,50 = lbm/ ft )(5,5898 ft/ s)(0,5054 ft) 0,0004lbm/ft.s = ,8 (Turbulen) /D = 4,6x10 D 5 = 0,00099 (Geankoplis, 1997) Pada N Re = ,8 dan /D = 0,00099 Dari Fig..10- Geankoplis (1997), diperoleh harga f = 0,0045 Friction loss : 1 Sharp edge entrance= h c = 0,55 1 A v A 1 5, = 0,671 ft.lbf/lbm = 0,55 1,174 v elbow 90 = h f = n.kf.. g c = (0,75) 5,5898 1,174 = 0,784 ft.lbf/lbm v 1 check valve = h f = n.kf.. g c = 1(,0) 5,5898 1,174 =0,971 ft.lbf/lbm L v Pipa lurus 0 ft = F f = 4f D... g c = 4(0,0045) 0. 5,5898 0,5054..,174 = 0,5188 ft.lbf/lbm

66 1 Sharp edge exit = h ex = 1 A1 A v.. g c 5, = 0,4856 ft.lbf/lbm = 1,174 Total friction loss : F =,9709 ft.lbf/lbm Dari persamaan Bernoulli : P P v v1 gz z1 F Ws (Geankoplis,1997) dimana : v 1 = v Maka : P 1 = P Z = 50 ft,174 ft/ s,174 ftlbm. / lbf. s 0 Ws = - 5,971 ft.lbf/lbm P Effisiensi pompa, = 80 % Ws = - x Wp - 5,971 = -0,8 x Wp Wp = 66,17 ft.lbf/lbm 50 ft 0,9709 ftlbf. / lbm W 0 s Daya pompa : P = m x Wp = 15,1604 lbm/s 66,17 1 hp ft.lbf/lbm x 550 ft. lbf / s = 1,851 Hp Maka dipilih pompa dengan daya motor = Hp

67 LC.7 Tangki Pencampur LCPKS dan nutrisi (M-107) Fungsi : Mencampur campuran dengan nutrisi Bentuk : Silinder vertikal dengan alas datar dan tutup elipsoidal Bahan Konstruksi : Carbon steel SA-85 grade C Jumlah : 1 unit Kondisi operasi : P = 1 atm T = 79,97 0 C Waktu tinggal ( τ ) = 1 hari Laju alir massa (F) = ,8708 kg/hari Densitas () = 16,6175 kg/m Viskositas () = 0,57 cp Faktor kelonggaran = 0 % (Perry dan Green,1999) Menghitung volume tangki : ,87 08 kg/hari Laju alir volumetrik (Q) = 16,6175 kg/m =.74,4479 m /hari Volume bahan = τ x Q =1 hari x.74,4479 m /hari =.74,4479 m Volume tangki, V T = ( 1+ 0, ) x.74,4479 m =.9,175 m Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (H S : D T ) = 1:1 1 T Volume silinder = D H H : D 1:1 4 = 1 4 S D T S D T ( diameter tangki ) = 16,164 m = 68,8944 in H S ( tinggi silinder ) = 16,164 m = 68,8944 in Menghitung diameter dan tinggi tutup Diameter tutup = diameter tangki = 16,164 m Asumsi Hh : Di = 1 : 4 Tinggi tutup = 4,0 m T

68 Tinggi total = 16, ,0 = 0,16 m Menghitung tebal shell tangki PR t n. C SE 0,6P (Perry, 1999) Dimana: t = tebal shell (in) P = tekanan desain (Psia) R = jari-jari dalam tangki (in) S = allowable stress (Psia) E = joint efficiency n = umur alat (tahun) C = corrosion allowance (m/tahun) Volum larutan =.74,4479 m Volum tangki =.9,175 m Tinggi larutan dalam tangki = Tekanan hidrostatik P = ρ x g x l = 16,6175 kg/m x 9,8 m/det x 16,798 m = 5.660,609 Pa = 5,177 psia Faktor kelonggaran = 0 % Maka, Pdesain = (1,) (P operasi) = 1, ( 14, ,177) =,844 psia Dari Walas, 1988 diperoleh bahwa tekanan desain dari beroperasi pada tekanan 0-10 psig adalah 40 psig atau 54,696 psia. - Direncanakan bahan konstruksi Carbon Steel SA-85 grade C - Allowable working stress (S) : psia (Peters et.al., 004) - Joint efficiency (E) : 0,85 - Corossion allowance (C) : 0,15 in/tahun - Umur alat : 10 tahun 54,696x 1 68,8944 t (1700x0,85) 0,6x 54,696.74,4479.9,175 x 0,16 16,798 m 10x0,15 bejana yang

69 t =,745 in tebal shell standar yang digunakan adalah /4 in (Brownell&Young,1959) menghitung tebal tutup tangki Tutup atas tangki terbuat dari bahan yang sama dengan shell Tebal tutup atas = /4 in (Brownell&Young,1959) Perancangan Sistem pengaduk Jenis Baffle : flat 6 blade turbin impeller : 4 buah Kecepatan putaran (N) : 1 rps (Geankoplis, 00) Efisiensi motor : 80 % Pengaduk didesain dengan standar berikut : D a : D t = 0, J : D t = 1 : 1 W : D a = 1 : 5 L : D a = 1 : 4 E : D a = 1:1 (Geankoplis, 00) Jadi : 1. Diameter impeller (D a ) = 0, x D t = 4,84 m = 15,87 ft. Tinggi pengaduk dari dasar (E) = D a = 4,84 m. Lebar baffle ( J) = 1,4 m 4. Lebar daun baffle (W) = 0,97 m 5. Panjang daun impeller (L) = 1,1 m Daya untuk pengaduk : Bilangan Reynold (N Re ) = N D a 1 4,84 16,6175 0,57 = ,8 N Re >10.000, sehingga daya tidak tergantung pada bilangan persamaan menjadi : P k N Da g c reynold, 5 T (McCabe dkk., 1999) k T = 0, 5 5 0,1 det 15,87 ft 1,54lbm/ P =,147 lbm. ft/ lbf.det ft = ,9666 ft.lbf/det = 46,5581 hp

70 Efisiensi motor, η = 80 % Jadi daya motor = 08,1977 hp LC. 8 Gudang Penyimpanan FeCl (L-108) Fungsi : Menyimpan FeCl selama 15 hari Bahan Konstruksi Bentuk Jumlah : Dinding dari beton, lantai aspal dan atap dari seng : Prisma segi empat beraturan : 1 unit Data Perhitungan: Temperatur, Tekanan, Kebutuhan perancangan, Laju alir massa, T =0 o C P = 1 atm t = 15 hari F = 110,66 kg/hari ρ FeCl, ρ =.160 kg/m (Wikipedia, 01) Kapasitas gudang = 110,66 kg/hari 15 hari = 1.659,945 kg NaOH dikemas dalam goni plastik dengan kapasitas 0 kg/goni. Maka goni yang dibutuhkan = Tinggi gudang: 1.659,945 kg 0 kg/ goni 8,997 goni Asumsi tebal 1 goni plastik = 15 cm Maksimal tumpukan goni = 10 buah Faktor kelonggaran = 0% Tinggi gudang yang dibutuhkan = 1, 15 cm 10 = 1,95 m = m. Panjang gudang: Direncanakan susunan goni = 10 goni 9 goni Dimana panjang 1 goni = 0 cm Faktor kelonggaran = 0% Untuk jalan dalam gudang = 0% Panjang gudang yang dibutuhkan = 1, 0 cm 10 =,6 m =,7 m.

71 Lebar gudang : Faktor kelonggaran = 0 % Dimana lebar 1 goni 10 cm Lebar gudang yang dibutuhkan = 1, 10 cm 9 = 117 cm = 1,17 m 1, m. LC.9 Belt Conveyor (C-109) Fungsi : mengangkut FeCl ke M-107 Jenis : Continuous belt conveyor Bahan : Carbon steel Kondisi operasi : Temperatur = 0 0 C Tekanan = 1 atm Laju bahan : 110,66 kg/hari Faktor kelonggaran : 1 % Kapasitas total belt conveyor: = 1,1 Laju bahan = 1,1 110,66 kg/hari = 1,946 kg/hari = 0, ton/jam Untuk belt conveyor kapasitas < ton/jam, spesifikasi : (Tabel 1 9, Perry, dkk., 1999) - Lebar belt conveyor = 14 in - Luas permukaan muatan = 0,11 ft - Lapisan belt maksimum = 5 - Kecepatan belt maksimum = 00 ft/menit Perhitungan daya yang dibutuhkan (P): 0,8 P 0,007 m L (Peters, dkk., 004) Dimana: P = daya (kw) m = laju alir massa (kg/s) L = panjang conveyor (m) m = 0, ton/jam = 0,00145 kg/s L = 5 ft = 7,6 m

72 Maka P 0,007 (0,00145) 0,8 (7,6) 0, kw = 0, kw = 0, hp Digunakan daya 0,05 hp. LC. 10 Gudang Penyimpanan Na HPO 4 (L-110) Fungsi Bahan Konstruksi Bentuk Jumlah : Menyimpan Na HPO 4 selama 50 hari : Dinding dari beton, lantai aspal dan atap dari seng : Prisma segi empat beraturan : 1 unit Data Perhitungan: Temperatur, Tekanan, Kebutuhan perancangan, Laju alir massa, T =0 o C P = 1 atm t = 50 hari F = 0,66 kg/hari ρ Na HPO 4, ρ = kg/m (Wikipedia, 01) Kapasitas gudang = 0,66 kg/hari 50 hari = 1.01,1 kg NaOH dikemas dalam goni plastik dengan kapasitas 0 kg/goni. Maka goni yang dibutuhkan = 1.01,1 kg 50,6565 goni 0 kg/ goni Tinggi gudang: Asumsi tebal 1 goni plastik = 15 cm Maksimal tumpukan goni = 7 buah Faktor kelonggaran = 0% Tinggi gudang yang dibutuhkan = 1, 15 cm 7 = 1,65 m = 1,4 m. Panjang gudang: Direncanakan susunan goni = 10 goni 6 goni Dimana panjang 1 goni = 0 cm Faktor kelonggaran = 0% Untuk jalan dalam gudang = 0% Panjang gudang yang dibutuhkan = 1, 0 cm 10 =,6 m =,7 m.

73 Lebar gudang : Faktor kelonggaran = 0 % Dimana lebar 1 goni 10 cm Lebar gudang yang dibutuhkan = 1, 10 cm 6 = 78 cm = 0,78 m 0,8 m. LC.11 Belt Conveyor (C-111) Fungsi : mengangkut Na HPO 4 ke M-10 Jenis : Continuous belt conveyor Bahan : Carbon steel Kondisi operasi : Temperatur = 0 0 C Tekanan = 1 atm Laju bahan : 0,66 kg/hari Faktor kelonggaran : 1 % Kapasitas total belt conveyor: = 1,1 Laju bahan = 1,1 0,66 kg/hari =,6941 kg/hari = 0, ton/jam Untuk belt conveyor kapasitas < ton/jam, spesifikasi : (Tabel 1 9, Perry, dkk., 1999) - Lebar belt conveyor = 14 in - Luas permukaan muatan = 0,11 ft - Lapisan belt maksimum = 5 - Kecepatan belt maksimum = 00 ft/menit Perhitungan daya yang dibutuhkan (P): 0,8 P 0,007 m L (Peters, dkk., 004) Dimana: P = daya (kw) m = laju alir massa (kg/s) L = panjang conveyor (m) m = 0, ton/jam = 0,0006 kg/s L = 5 ft = 7,6 m

74 Maka P 0,007 (0,0006 ) 0,8 (7,6) 0, kw = 0,00008 kw = 0,0000 hp Digunakan daya 0,05 hp. LC.1 Pompa (J-11) Fungsi Jenis Bahan konstruksi Jumlah : Memompa campuran ke reaktor biohidrogen : Pompa screw pump : Commercial Steel : 1 unit Kondisi operasi : Tekanan = 1 atm Temperatur = 79,97 o C Laju alir massa (F) = ,8707 kg/hari = 15,167 lbm/sec Densitas () = 16,6175 kg/m = 1,59 lbm/ft Viskositas () = 0,569 cp = 0,0004 lbm/ft.s Laju alir volumetrik, Q F 15,167 lb m/sec 1,11 ft /sec ρ 1,59 lb / ft = 0,018 m /sec Desain pompa : Asumsi aliran turbulen D opt = 0,6 (Q) 0,45 (ρ) 0,1 (Peters,et.al., 004) = 0,6 x (0,018) 0,45 x (16,6175) 0,1 = 0,1547 m = 6,0887 in m Dari Appendiks A.5 Geankoplis (1997), dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal : 6 in Schedule number : 40 Diameter Dalam (ID) : 6,065 in = 0,5054 ft Diameter Luar (OD) : 6,65 in = 0,551 ft

75 Inside sectional area : 0,006 ft 1,11 ft / s Kecepatan linear, v = Q/A = 0,006 ft = 5,5899 ft/s Bilangan Reynold : N Re = v D (1,59 = lbm/ ft )(5,5899 ft/ s)(0,5054 ft) 0,0004lbm/ft.s = , (Turbulen) /D = 4,6x10 D 5 = 0,00099 (Geankoplis, 1997) Pada N Re = , dan /D = 0,00099 Dari Fig..10- Geankoplis (1997), diperoleh harga f = 0,0041 Friction loss : 1 Sharp edge entrance= h c = 0,55 1 A v A 1 5, = 0,671 ft.lbf/lbm = 0,55 1,174 v elbow 90 = h f = n.kf.. g c = (0,75) 5,5899 1,174 = 0,784 ft.lbf/lbm v 1 check valve = h f = n.kf.. g c = 1(,0) 5,5899 1,174 =0,971 ft.lbf/lbm L v Pipa lurus 0 ft = F f = 4f D... g c = 4(0,0041) 0. 5,5899 0,5054..,174 = 0,477 ft.lbf/lbm 1 Sharp edge exit = h ex = 1 A1 A v.. g c 5, = 0,4856 ft.lbf/lbm = 1,174

76 Total friction loss : F =,95 ft.lbf/lbm Dari persamaan Bernoulli : P P v v1 gz z1 F Ws (Geankoplis,1997) dimana : v 1 = v Maka : P 1 = P Z = 65 ft,174 ft/ s,174 ftlbm. / lbf. s 0 Ws = - 67,95 ft.lbf/lbm P Effisiensi pompa, = 80 % Ws = - x Wp - 67,95 = -0,8 x Wp Wp = 84,906 ft.lbf/lbm 65 ft 0,95 ftlbf. / lbm W 0 s Daya pompa : P = m x Wp = 15,167 lbm/s 84,906 1 hp ft.lbf/lbm x 550 ft. lbf / s =,409 Hp Maka dipilih pompa dengan daya motor = 1/ Hp LC.1 Reaktor Biohidrogen (R-01) Fungsi Bentuk : Mencampur campuran dengan nutrisi : Silinder vertikal dengan alas datar dan tutup elipsoidal Bahan Konstruksi : Carbon steel SA-85 grade C Jumlah : 1 unit

77 Kondisi operasi : P = 1 atm T = 60 0 C Waktu tinggal ( τ ) = hari Laju alir massa (F) = ,871 kg/hari Densitas () = 17,1769 kg/m Viskositas () = 0,469 cp Faktor kelonggaran = 0 % (Perry dan Green,1999) Menghitung volume tangki : ,87 1kg/hari Laju alir volumetrik (Q) = 17,1769 kg/m =.76,815 m /hari Volume bahan = τ x Q = hari x.76,815 m /hari = 5.47,76 m Volume tangki, V T = ( 1+ 0, ) x 5.47,76 m = 6.567,157 m Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (H S : D T ) = 1:1 1 T Volume silinder = D H H : D 1:1 4 = 1 4 S D T D T ( diameter tangki ) = 0, m = 799,95 in H S ( tinggi silinder ) = 0, m = 799,95 in Menghitung diameter dan tinggi tutup Diameter tutup = diameter tangki = 0, m Asumsi Hh : Di = 1 : 4 Tinggi tutup = 5,08 m S T Tinggi total = 0, + 5,08 = 5,8 m Menghitung tebal shell tangki PR t n. C SE 0,6P (Perry, 1999)

78 Dimana: t = tebal shell (in) P = tekanan desain (Psia) R = jari-jari dalam tangki (in) S = allowable stress (Psia) E = joint efficiency n = umur alat (tahun) C = corrosion allowance (m/tahun) Volum larutan = 5.47,761 m Volum tangki = 6.567,157 m Tinggi larutan dalam tangki = Tekanan hidrostatik P = ρ x g x l = 17,1769 kg/m x 9,8 m/det x 1,146 m = ,495 Pa = 6,58 psia Faktor kelonggaran = 0 % Maka, Pdesain = (1,) (P operasi) = 1, ( 14, ,58) = 5,469 psia Dari Walas, 1988 diperoleh bahwa tekanan desain dari beroperasi pada tekanan 0-10 psig adalah 40 psig atau 54,696 psia. - Direncanakan bahan konstruksi Carbon Steel SA-85 grade C - Allowable working stress (S) : psia (Peters et.al., 004) - Joint efficiency (E) : 0,85 - Corossion allowance (C) : 0,15 in/tahun - Umur alat : 10 tahun t =,1 in tebal shell standar yang digunakan adalah ¼ in Menghitung tebal tutup tangki 54,696x 1 799,95 t (1.700x0,85) 0,6x 54, , ,157 Tutup atas tangki terbuat dari bahan yang sama dengan shell x 5,8 1,146 m 10x0,15 bejana yang (Brownell&Young,1959)

79 Tebal tutup atas = ¼ in (Brownell&Young,1959) Perancangan Sistem pengaduk Jenis Baffle : flat 6 blade turbin impeller : 4 buah Kecepatan putaran (N) : 1 rps (Geankoplis, 00) Efisiensi motor : 80 % Pengaduk didesain dengan standar berikut : D a : D t = 0, J : D t = 1 : 1 W : D a = 1 : 5 L : D a = 1 : 4 E : D a = 1:1 (Geankoplis, 00) Jadi : 1. Diameter impeller (D a ) = 0, x D t = 6,09 m = 19,98 ft. Tinggi pengaduk dari dasar (E) = D a = 6,09 m. Lebar baffle ( J) = 1,69 m 4. Lebar daun baffle (W) = 1, m 5. Panjang daun impeller (L) = 1,5 m Daya untuk pengaduk : Bilangan Reynold (N Re ) = N D a 1 6,09 17,1769 0,469 = ,7 N Re >10.000, sehingga daya tidak tergantung pada bilangan persamaan menjadi : P k N Da g c reynold, 5 T (McCabe dkk., 1999) k T = 0, 5 5 0,1 det 19,98 ft 1,558lbm/ P =,147 lbm. ft/ lbf.det ft = ,688 ft.lbf/det = 781,485 hp Efisiensi motor, η = 80 % Jadi daya motor = 976,7857 hp

80 Menghitung Jaket pendingin, Jumlah air pendingin (0 0 C) = 44.45,746 kg/hari Densitas air pendingin = 995,68 kg/m 44.45,74 6 kg/hari Laju alir air pendingin (Qw) = = 46,1869 m /hari 995,68 kg/m Diameter dalam jaket = diameter dalam + ( x tebal dinding) = 799,95 in + [(,5 in)] = 805,795 in Tinggi jaket = tinggi tangki = 0,005 m Ditetapkan jarak jaket = 5 in Diameter luar jaket (D) = 805,795 in + ( 5) in = 815,795 in in Luas yang dilalui air pendingin (A), A = (D -d ) = (815,795 in 805,795 in ) = 1.78,458 in = 8,119 m 4 4 Kecepatan air pendingin (v), Qw 46,1869 m /hari v = = = 51,8986 m/hari A 8,119 m Tebal dinding jaket (tj), P desain Jenis sambungan = 5,469 psia = Double welded butt joint Joint Efficiency = 0,85 Allowable Stress = lb/in (Peters et.al., 004) Korosi yang diizinkan (c) = 0,15 in/tahun Tebal shell jaket (t), P D t Tebal jaket (t) SE c (Brownell dan Young, 1959) dimana : t = tebal dinding jaket (in) P = tekanan desain (lb/in ) Dt = diameter dalam jaket (in) S = allowable working stress (lb/in )

81 E = efisiensi pengelasan c = korosi yang diizinkan (in) 5,469815,795 d 0, ,85 1,0171 in Dipilih tebal jaket standar 1 in. LC.14 Pompa (J-0) Fungsi Jenis Bahan konstruksi Jumlah : Memompa effluent ke reaktor biogas : Pompa screw pump : Commercial Steel : 1 unit Kondisi operasi : Tekanan = 1 atm Temperatur = 60 o C Laju alir massa (F) = 57.89,015 kg/hari = 14,646 lbm/sec Densitas () = 11,488 kg/m = 1,1997 lbm/ft Viskositas () = 0,507 cp = 0,0004 lbm/ft.s Laju alir volumetrik, Q F 14,646 lb m/sec ρ 1,1997 lb / ft m 1,1094 ft /sec = 0,014 m /sec Desain pompa : Asumsi aliran turbulen D opt = 0,6 (Q) 0,45 (ρ) 0,1 (Peters,et.al., 004) = 0,6 x (0,014) 0,45 x (11,488) 0,1 = 0,154 m = 6,040 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis (1997), dipilih pipa commercial steel :

82 Ukuran nominal : 6 in Schedule number : 40 Diameter Dalam (ID) : 6,065 in = 0,5054 ft Diameter Luar (OD) : 6,65 in = 0,551 ft Inside sectional area : 0,006 ft 1,1094 ft / s Kecepatan linear, v = Q/A = 0,006 ft = 5,50 ft/s Bilangan Reynold : N Re = v D (1,1997 = lbm/ ft )(5,50 ft/ s)(0,5054 ft) 0,0004lbm/ft.s = , (Turbulen) /D = 4,6x10 D 5 = 0,00099 (Geankoplis, 1997) Pada N Re = , dan /D = 0,00099 Dari Fig..10- Geankoplis (1997), diperoleh harga f = 0,0048 Friction loss : 1 Sharp edge entrance= h c = 0,55 1 A v A 1 5, = 0,614 ft.lbf/lbm = 0,55 1,174 v elbow 90 = h f = n.kf.. g c = (0,75) 5,50 1,174 = 0,71 ft.lbf/lbm v 1 check valve = h f = n.kf.. g c = 1(,0) 5,50 = 0,9506 ft.lbf/lbm 1,174 L v Pipa lurus 0 ft = F f = 4f D... g c = 4(0,0048) 0. 5,50 0,5054..,174 = 0,5417 ft.lbf/lbm

83 1 Sharp edge exit = h ex = 1 A1 A v.. g c 5, = 0,475 ft.lbf/lbm = 1,174 Total friction loss : F =,94 ft.lbf/lbm Dari persamaan Bernoulli : P P v v1 gz z1 F Ws (Geankoplis,1997) dimana : v 1 = v Maka : P 1 = P Z = 90 ft,174 ft/ s,174 ftlbm. / lbf. s 0 90 ft 0,94 ftlbf. / lbm W 0 Ws = - 9,94 ft.lbf/lbm P Effisiensi pompa, = 80 % Ws = - x Wp - 9,94 = -0,8 x Wp Wp = 116,1775 ft.lbf/lbm s Daya pompa : P = m x Wp = 14,646 lbm/s 116, hp ft.lbf/lbm x 550 ft. lbf / s =,091 Hp Maka dipilih pompa dengan daya motor = Hp

84 LC.15 Reaktor Biogas (R-0) Fungsi : Tempat berlangsungnya reaksi fermentasi effluent Bentuk biohidrogen menjadi biogas. : Silinder vertikal dengan alas datar dan tutup elipsoidal Bahan Konstruksi : Carbon steel SA-85 grade C Jumlah Kondisi operasi : P = 1 atm T = 55 0 C Waktu tinggal ( τ ) Laju alir massa (F) : 1 unit = 6 hari = 57.89,015 kg/hari Densitas () = 11,488 kg/m Viskositas () = 0,507 cp Faktor kelonggaran = 0 % (Perry dan Green,1999) Menghitung volume tangki : 57.89,0 15 kg/hari Laju alir volumetrik (Q) = 11,488 kg/m Volume bahan = τ x Q =6 hari x.714, m /hari = 16.85,98 m Volume tangki, V T = ( 1+ 0, ) x 16.85,98 m = 19.54,4078 m =.714, m /hari Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (H S : D T ) = 1:1 1 T Volume silinder = D H H : D 1:1 4 = 1 4 S D T S D T ( diameter tangki ) = 9,1991 m = 1.149,57 in H S ( tinggi silinder ) = 9,1991 m = 1.149,57 in Menghitung diameter dan tinggi tutup Diameter tutup = diameter tangki = 9,1991 m Asumsi Hh : Di = 1 : 4 Tinggi tutup = 7, m T

85 Tinggi total = 9, , = 6,5 m Menghitung tebal shell tangki PR t n. C SE 0,6P (Perry, 1999) Dimana: t = tebal shell (in) P = tekanan desain (Psia) R = jari-jari dalam tangki (in) S = allowable stress (Psia) E = joint efficiency n = umur alat (tahun) C = corrosion allowance (m/tahun) Volum larutan = 16.85,98 m Volum tangki = 19.54,4078 m Tinggi larutan dalam tangki = Tekanan hidrostatik P = ρ x g x l = 11,488 kg/m x 9,8 m/det x 0,4157 m = 6.04,499 Pa = 9,1419 psia Faktor kelonggaran = 0 % Maka, Pdesain = (1,) (P operasi) = 1, ( 14, ,1419) = 8,61 psia Dari Walas, 1988 diperoleh bahwa tekanan desain dari beroperasi pada tekanan 0-10 psig adalah 40 psig atau 54,696 psia. - Direncanakan bahan konstruksi Carbon Steel SA-85 grade C - Allowable working stress (S) : psia (Peters et.al., 004) - Joint efficiency (E) : 0,85 - Corossion allowance (C) : 0,15 in/tahun - Umur alat : 10 tahun 54,696x ,569 t (1.700x0,85) 0,6x 54, , ,4078 x 6,5 0,4157 m 10x0,15 bejana yang

86 t =,96 in tebal shell standar yang digunakan adalah 4 in (Brownell&Young,1959) Menghitung tebal tutup tangki Tutup atas tangki terbuat dari bahan yang sama dengan shell Tebal tutup atas = 4 in (Brownell&Young,1959) Perancangan Sistem pengaduk Jenis Baffle : flat 6 blade turbin impeller : 4 buah Kecepatan putaran (N) : 1 rps (Geankoplis, 00) Efisiensi motor : 80 % Pengaduk didesain dengan standar berikut : D a : D t = 0, J : D t = 1 : 1 W : D a = 1 : 5 L : D a = 1 : 4 E : D a = 1:1 (Geankoplis, 00) Jadi : 1. Diameter impeller (D a ) = 0, x D t = 8,76 m = 8,74 ft. Tinggi pengaduk dari dasar (E) = D a = 8,76 m. Lebar baffle ( J) =,4 m 4. Lebar daun baffle (W) = 1,75 m 5. Panjang daun impeller (L) =,19 m Daya untuk pengaduk : Bilangan Reynold (N Re ) = N D a 1 8,76 11,488 0,507 = ,58 N Re >10.000, sehingga daya tidak tergantung pada bilangan persamaan menjadi : P k N Da g c reynold, 5 T (McCabe dkk., 1999) k T = 0, 5 5 0,1 det 8,74 ft 1, lbm/ P =,147 lbm. ft/ lbf.det ft = ,586 ft.lbf/det = 4.68,57 hp

87 Efisiensi motor, η = 80 % Jadi daya motor = 5.854,465 hp Menghitung Jaket pendingin, Jumlah air pendingin (0 0 C) = ,467 kg/hari Densitas air pendingin = 995,68 kg/m Laju alir air pendingin (Qw) = Diameter dalam jaket ,46 7 kg/hari = 106,7697 m /hari 995,68 kg/m = diameter dalam + ( x tebal dinding) = 1.149,57 in + [(4 in)] = 1.157,569 in Tinggi jaket = tinggi tangki = 9,1991 m Ditetapkan jarak jaket = 5 in Diameter luar jaket (D) Luas yang dilalui air pendingin (A), = 1.157,569 in + ( 5) in = 1.167,569 in A = 4 (D -d ) = 4 (1.167,569 in 1.157,569 in ) = 18.5,68 in = 11,7757 m Kecepatan air pendingin (v), v = Qw 106,7697 m/hari = A 11,7757 m Tebal dinding jaket (tj), P desain Jenis sambungan Joint Efficiency = 0,85 = 9,0669 m/hari = 8,6055 psia = Double welded butt joint Allowable Stress = lb/in (Peters et.al., 004) Korosi yang diizinkan (c) Tebal shell jaket (t), P D t Tebal jaket (t) SE c dimana : t = 0,15 in/tahun = tebal dinding jaket (in) P = tekanan desain (lb/in ) (Brownell dan Young, 1959)

88 Dt = diameter dalam jaket (in) S = allowable working stress (lb/in ) E = efisiensi pengelasan c = korosi yang diizinkan (in) 8, ,567 d 0, ,85 1,559 in Dipilih tebal jaket standar 1 /4 in. LC.16 Pompa (J-04) Fungsi Jenis Bahan konstruksi Jumlah : Memompa effluent dari reaktor biogas ke bak penampung : Pompa screw pump : Commercial Steel : 1 unit Kondisi operasi : Tekanan = 1 atm Temperatur = 55 o C Laju alir massa (F) = ,0949 kg/hari = 14,4057 lbm/sec Densitas () = 08,7 kg/m = 1,007 lbm/ft Viskositas () = 0,619 cp = 0,0004 lbm/ft.s Laju alir volumetrik, Q F 14,4057 lb m/sec ρ 1,007 lb / ft m 1,1055 ft /sec = 0,01 m /sec Desain pompa : Asumsi aliran turbulen D opt = 0,6 (Q) 0,45 (ρ) 0,1 (Peters,et.al., 004) = 0,6 x (0,01) 0,45 x (08,7) 0,1 = 0,159 m = 6,008 in

89 Dari Appendiks A.5 Geankoplis (1997), dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal : 6 in Schedule number : 40 Diameter Dalam (ID) : 6,065 in = 0,5054 ft Diameter Luar (OD) : 6,65 in = 0,551 ft Inside sectional area : 0,006 ft 1,1055 ft / s Kecepatan linear, v = Q/A = 0,006 ft = 5,511 ft/s Bilangan Reynold : N Re = v D (1,007 = lbm/ ft )(5,511 ft/ s)(0,5054 ft) 0,0004lbm/ft.s = 87.9,99 (Turbulen) /D = 4,6x10 D 5 = 0,00099 (Geankoplis, 1997) Pada N Re = 87.9,99 dan /D = 0,00099 Dari Fig..10- Geankoplis (1997), diperoleh harga f = 0,0049 Friction loss : 1 Sharp edge entrance= h c = 0,55 1 A v A 1 5, = 0,596 ft.lbf/lbm = 0,55 1,174 v elbow 90 = h f = n.kf.. g c = (0,75) 5,511 = 0,708 ft.lbf/lbm 1,174 v 1 check valve = h f = n.kf.. g c = 1(,0) 5,511 =0,944 ft.lbf/lbm 1,174 L v Pipa lurus 0 ft = F f = 4f D... g c = 4(0,0049) 0. 5,511 0,5054..,174 = 0,5491 ft.lbf/lbm

90 1 Sharp edge exit = h ex = 1 A1 A v.. g c 5, = 0,47 ft.lbf/lbm = 1,174 Total friction loss : F =,97 ft.lbf/lbm Dari persamaan Bernoulli : P P v v1 gz z1 F Ws (Geankoplis,1997) dimana : v 1 = v Maka : P 1 = P Z = 18 ft,174 ft/ s,174 ftlbm. / lbf. s 0 Ws = -0,97 ft.lbf/lbm P Effisiensi pompa, = 80 % Ws = - x Wp -0,97 = -0,8 x Wp Wp = 6,1659 ft.lbf/lbm 18 ft 0,97 ftlbf. / lbm W 0 s Daya pompa : P = m x Wp = 14,4057 lbm/s 6, hp ft.lbf/lbm x 550 ft. lbf / s = 0,685 Hp Maka dipilih pompa dengan daya motor = /4 Hp

91 LC.17 Bak Penampung Akhir (BK-05) Fungsi : Menampung limbah sementara Bentuk : Bak Silinder vertikal dengan alas datar Bahan konstruksi : Beton Kedap air Jumlah : 1 unit Kondisi operasi : P = 1 atm T = 55 0 C Waktu tinggal ( τ ) : 1 hari Laju alir massa (F) = ,0949 kg/hari Densitas () = 08,7 kg/m Faktor kelonggaran = 0 % (Perry dan Green,1999) Menghitung volume tangki : ,09 49 kg/hari Laju alir volumetrik (Q) = 08,7 kg/m =.704,7677 m /hari Volume larutan =τ x Q =1 hari x.704,7677 m /hari =.704,7677 m Volume tangki, V T = ( 1+ 0, ) x.704,7677 m Ukuran bak : =.45,71 m Perhitungan ukuran bangunan Panjang bak (p) Tinggi bak (t) Maka : Volume bak (V) = x lebar bak (l) maka p = l = ½ x lebar bak (l) maka t = ½ l = p x l x t.45,71 m = l x l x ½ l Lebar bak (l) Dengan demikian, Panjang bak (p) Tinggi bak (t) Lebar bak (l) = 14,806 m = 9,61 m = 7,40 m = 14,806 m

92 Tinggi larutan dalam bak =.704, ,71 x 7,40 m = 6,169 meter LC.18 Kompresor (JC-06) Fungsi : menaikkan tekanan gas sebelum diumpankan ke absorber. Jenis : multistage reciprocating compressor,7810 k. N P (k-1). p m 1 v.1 p p 1 ( k1) / k. N 4 s s 1 (Timmerhaus,004; hal 58) di mana: m v.1 = laju alir (m /jam) p 1 = tekanan masuk = 1 atm = 101,5 kpa p = tekanan keluar = 8,89 atm = 8.500,154 kpa η = efisiensi kompresor = 78 % z = 1 k = rasio panas spesifik = 1,914 N s = jumlah tahapan kompresi = tahap T 1 = 5 0 C = 0 K Data: Laju alir massa = 15.90,1 kg/hari campuran = P BM zrt 1 41, 1x0, ,006 Kg / m 0,75 lbm / ft m v.1 = 0.404,85 kg/ hari m.97, 18 = 1,875 ft /detik 6,006 kg/ m hari a. Menghitung Daya Kompresor 4, ,914 P (101,5) (1,91-1) 0,78 = 6,8698 kw = 6 Hp (.97,18 Maka dipilih kompresor dengan daya 6 Hp. m 8.500,154 /hari) 101,5 (1,9141) /1,914. 1

93 b. Menghitung Temperatur Output Kompresor T k1 P knst T1 ) ( (Timmerhaus,004; hal 58) P1 8,89 T = 0 x( ) 1 T = 4,7781 K = 149,7781 o C 1,9141 1,914 x LC.19 Cooler (E-07) Fungsi Jenis : Menurunkan temperatur gas sebelum dimasukkan ke dalam absorber : DPHE (Double pipe heat exchanger) Dipakai : pipa x 1 1 in IPS, 15 ft hairpin 4 Jumlah : 1 unit Fluida panas Laju alir fluida masuk = 850,01 kg/jam = 1.874,555 lbm/jam Temperatur awal (T 1 ) = 149,78 C = 01,604 F Temperatur akhir (T ) = 5 C = 95 F Fluida dingin Laju alir fluida dingin = 1.44,07 kg/jam =.19,5098 lbm/jam Temperatur awal (t 1 ) = 0 C = 86 F Temperatur akhir (t ) = 60 C = 140 F Panas yang diserap (Q) = ,664 kj/jam = ,44 Btu/jam (1) t = beda suhu sebenarnya Fluida Panas Fluida Dingin Selisih T 1 = 01,604F Temperatur yang lebih tinggi t = 140F t =161,6F T = 95F Temperatur yang lebih rendah t 1 = 86F t 1 = 18F T 1 T = 06,6F Selisih t t 1 = 54F t t 1 = 15,6F

94 t t1 15,6 LMTD = 5,841 o F t 161,6 ln ln t 18 1 T1 T R = =, 86 t t S = 1 1 t t1 T t 1 0,505 Dengan nilai R dan S di atas, diperoleh nilai F T = 0,7 (dari Fig. 18, hal 88, Kern, 1965) F T merupakan faktor koreksi LMTD. Maka t = F T LMTD = 0,7 5,841 = 6,9895 o F () T c dan t c T t c c T1 T t t 1 01, , F F Fluida panas Anulus, Gas ) flow area anulus D D 1 a a De,067 0,17ft 1 1,65 0,175ft 1 D D1 0,0084 ft 4 D D1 0,078 D (4) kecepatan massa G G a a W a a , ,914 0,0084 lbm jam.ft Fluida dingin Inner Pipe, Air 1,8 ( ) D 0,115ft 1 a p D 4 (4 ) kecepatan massa G G p p W a p (Tabel 11, kern).19,5098 0,0104 (5 ) Pada T c = 11 0 F 0,0104 ft 0.410,48 Dari Gambar 14 (Kern, 1950, hal.8) μ = 0,599 cp lbm jam.ft

95 (5) Pada T c = 198, 0 F Re Re μ = 0,0141 cp μ = 0,0141 x,4 = 0,041 lbm/ft.jam a a D a G a 0, , ,59 0,041 (6) Dari Gambar 4 (Kern,1950,hal.84) J H = 900 (7) Pada T c = 198, 0 F (8) h Dari Gambar (Kern,1950,hal.805) c = 1,01 Btu/lbm. k = 0,05 Btu/(jam)(ft )( 0 F/ft) o 1 1 c. k 1,01. 0,041 0,05 1 k c. J k H De W 0, ,961 0,078 55,7698Btu/(jam)(ft (10) clean averall coefficient, Uc U C h h io io h h o o 0,96 0,14 )( 0 114,885 Btu/(jam)(ft )( F) 0 F) 144,889 x 55, ,889 55,7698 μ = 0,599 x,4 = 1,4496 lbm/ft.jam Re Re p p D p G p 0, ,48.991,10 1,4496 (6 ) Dari Gambar 4 (Kern, 1950, hal.84) J H = 60 (7 ) Pada T c = 11 0 F Dari Gambar (Kern,1950,hal.804) c = 0,994 Btu/lbm. 0 F k = 0,415 Btu/(jam)(ft )( 0 F/ft) 1 1 c (8 ) h. k i 0,994.1,4496 0, ,07Btu/(jam)(ft 0,901 k c. J k H De W 0, ,9011 0,115 0,14 )( (9 ) Koreksi h io ke permukaan pada OD h io h i ID OD 17, ,889Btu/(jam)(ft )( F) 0 0,115 0,18 F)

96 (11) U D R d ketentuan = 0,00 1 U U D D 1 U C RD 1 0,00 114,885 85,415 btu/jam ft F (1) luas permukaan yang diperlukan Q = U D x A x Δ t Q A U t D ,4 4 85,415 6,9895 5,578 ft Dari tabel 11 untuk 1 ¼ in IPS, luas permukaan luar per ft panjang pipa = 0,45 ft /ft. L yang diperlukan 5,578 1,158 0,45 ft Berarti diperlukan 5 hairpin ukuran 15 ft. (1) A = 5 x 0/ 0,45 = 65,5 ft (14) Menghitung Ud dan Rd sebenarnya, Q Ud A t ,44 6,5 6, ,184Btu/(hr)(ft Uc - Ud Rd UcxUd (1) D e () 0 )( F) 114,885-70, ,885x 70, ,0056(hr)(ft )( F) / Btu Pressure drop = (D D 1 ) = 0,048 ft De' Rea G a 5.79,644 0, ,914 0,041 0,64 F 0,005 0,005 0,4 5.79,64 4 s = 1 ; ρ = 1 x 6,5 = 6,5 Pressure drop (1 ) Re p =.991,10 F 0,005 0,64.991,10 s = 1, ρ =1 x 6,5 = 6,5 ( ) 4 fgp L Fa g D ( ) 0,4 0,007 40,007x 0.410, ,5 0,115 0,007ft 0,007 6,5 Pp 144 0,464 psi

97 4 fga L Fa g D e 4 0,005 x1.87, 914 x ,5 0,048 0,198ft P p yang diperbolehkan < 10 psi Maka spesifikasi dapat diterima () G 1.87,914 V a ,5 0,9859Fps V 0,9859 Fi 5 5 ', g 0,0755ft (0,198 0,0755) Pa 144 0,0891 psi 6,5 P yang diperbolehkan < 10 psi Maka spesifikasi dapat diterima LC.0 Fungsi Bentuk Absorber (TK-01) : menyerap gas H S : silinder tegak Bahan : carbon steel, SA-8, Grade C. Larutan medium : Laju alir massa Densitas, x = 74.6, kg/hari 99,65 kg/m 6,0456 lb/ft Gas-gas umpan absorber Gas umpan Laju Massa xi.bmi xi. zi H 1.57,987 1, 0,00 H S,168 0,009 4,5 x 10-5 CO 19.05,65 17,118 0,557 Total 0.86,86 18,419 0,7

98 Densitas gas Mol gas = 6.064,45 Mol medium = 1.111,489 mol gas 5,4561 mol mol medium P BM zrt 118,419,6878 0,7 0, kg/m Maka, Gx = 5,4561 x BM Larutan medium Gy = 1,877 = 1 x BM gas = 18,419 Menghitung ukuran absorber : Packing yang digunakan adalah pall ring dengan spesifikasi sebagai berikut : Nominal size = 1 ½ in = 0,95 Fp = ,115 P P F (McCabe, 001) = 1,51 G G x y x y y 1,877 18,419, ,965 -,6878 0,77 dari grafik 18.6 McCabe, 001 diperoleh bahwa : G y F 0,1 x gc( ) x p y y 0,08 G y = 0,4917 lb/ft.s Laju gas = 1.769,958 lb/ft h = 884,979 lb/ft h = 894,451 kg/jam = 1.871,04 lb/h

99 1.871,04 S =, ,979,114 Diameter (D) = 1,64 ft 0,784 Dipilih tangki dengan diameter ft. Tinggi tangki (Z) = HETP x N t N t = ln Y Y 1 (McCabe, 001) digunakan jumlah tray 5 buah. 100 = ln 4, 706 0,904 HETP = D 0, = 1,188 (Ulrich, 1984) Z = 1,88 x 5 = 5,914 ft Dipilih tinggi tangki 6 ft (1,89 m). Perbandingan tinggi elipsoidal dengan diameter tangki (H t :D) = 1:4 Tinggi tutup elipsoidal = Tinggi total = 6 ft + x 0,475 ft = 6,875 ft =,096 m Tebal dinding absorber: P operasi t P R nc A SE 0,6P = 1015 Pa P hidrostatik = ,4 Pa P packing P design P design Jari-jari kolom S (allowable stress) = 7.897,665 Pa = Pa = 18,4445 psi 1 1,75 ft 0,475 4 ft = ½ x 1,75 ft = 10,5 in = 1700 psi E (Joint efficiency) = 0,85 n (umur alat) C A (Corrosion factor) = 10 tahun = 0,15 in/tahun

100 t 18, , ,8 0,618,4445 (10 0,15 ) 1,667 in maka dipilih silinder dengan tebal 1,5 in (0,081 m). LC.1 Pompa (J-0) Fungsi Jenis Bahan konstruksi Jumlah : Memompa medium yang sudah menyerap H S ke reaktor desulfurisasi : Pompa screw pump : Commercial Steel : 1 unit Kondisi operasi : Tekanan = 1 atm Temperatur = 5 o C Laju alir massa (F) = 74.66,568 kg/hari = 9,5499 lbm/sec Densitas () = 1.047,8049 kg/m = 65,41 lbm/ft Viskositas () = 0,78 cp = 0,00049 lbm/ft.s Laju alir volumetrik, Q F 9,5499 lb m /sec ρ 65,41 lb / ft m 0,1459 ft /sec = 0,0041 m /sec Desain pompa : Asumsi aliran turbulen D opt = 0,6 (Q) 0,45 (ρ) 0,1 (Peters,et.al., 004) = 0,6 x (0,0041) 0,45 x (1.047,8049) 0,1 = 0,0758 m =,9859 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis (1997), dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal : in Schedule number : 40 Diameter Dalam (ID) :,068 in = 0,557 ft

101 Diameter Luar (OD) :,5 in = 0,917 ft Inside sectional area : 0,051 ft 0,1459 ft / s Kecepatan linear, v = Q/A = 0,051 ft =,8459 ft/s Bilangan Reynold : N Re = v D (65,41 = lbm / ft )(,8459 ft/ s)(0,557 ft) 0,00049lbm/ft.s = ,91 (Turbulen) /D = 4,6x10 D 5 = 0,00059 (Geankoplis, 1997) Pada N Re = ,91 dan /D = 0,00059 Dari Fig..10- Geankoplis (1997), diperoleh harga f = 0,005 Friction loss : 1 Sharp edge entrance= h c = 0,55 1 A v A 1 = 0,55 1 0,8459 = 0,069 ft.lbf/lbm 1,174 v elbow 90 = h f = n.kf.. g c = (0,75),8459 = 0,1888 ft.lbf/lbm 1,174 v 1 check valve = h f = n.kf.. g c = 1(,0),8459 =0,517 ft.lbf/lbm 1,174 L v Pipa lurus 0 ft = F f = 4f D... g c = 4(0,005) 0.,8459 0,557..,174 = 0,07 ft.lbf/lbm 1 Sharp edge exit = h ex = 1 A1 A v.. g c,8459 = 0,159 ft.lbf/lbm 1,174 = 1 0

102 Total friction loss : F = 0,948 ft.lbf/lbm Dari persamaan Bernoulli : P P v v1 gz z1 F Ws (Geankoplis,1997) dimana : v 1 = v Maka : P 1 = P Z = ft,174 ft/ s,174 ftlbm. / lbf. s 0 Ws = -,948 ft.lbf/lbm P Effisiensi pompa, = 80 % Ws = - x Wp -,948 = -0,8 x Wp Wp = 8,6785 ft.lbf/lbm ft00,948 ftlbf. / lbmw 0 s Daya pompa : P = m x Wp 1 hp = 9,5499 lbm/s 8,6785 ft.lbf/lbm x 550 ftlbf. / s = 0,4979 Hp Maka dipilih pompa dengan daya motor = 1/ Hp LC. Reaktor Desulfurisasi (R-0) Fungsi Bentuk : Tempat berlangsungnya reaksi pengubahan H S menjadi sulfur. : Silinder vertikal dengan alas datar dan tutup elipsoidal Bahan Konstruksi : Carbon steel SA-85 grade C Jumlah : 1 unit

103 Kondisi operasi : P = 1 atm T = 55 0 C Waktu tinggal ( τ ) = 1 hari Laju alir massa (F) = 74.67,808 kg/hari Densitas () = 1.047,809 kg/m Viskositas () = 0,719 cp Faktor kelonggaran = 0 % (Perry dan Green,1999) Menghitung volume tangki : 74.67,80 8 kg/hari Laju alir volumetrik (Q) = 1.050,497 kg/m = 57,1909 m /hari Volume bahan = τ x Q =1 hari x 57,1909 m /hari = 57,1909 m Volume tangki, V T = ( 1+ 0, ) x 57,1909 m = 48,691 m Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (H S : D T ) = 1:1 1 T Volume silinder = D H H : D 1:1 4 = 1 4 S D T D T ( diameter tangki ) = 8,174 m = 1,7877 in H S ( tinggi silinder ) = 8,174 m = 1,7877 in Menghitung diameter dan tinggi tutup Diameter tutup = diameter tangki = 8,174 m Asumsi Hh : Di = 1 : 4 Tinggi tutup =,04 m S T Tinggi total = 8,174 +,04 = 10, m Menghitung tebal shell tangki PR t n. C SE 0,6P (Perry, 1999)

104 Dimana: t = tebal shell (in) P = tekanan desain (Psia) R = jari-jari dalam tangki (in) S = allowable stress (Psia) E = joint efficiency n = umur alat (tahun) C = corrosion allowance (m/tahun) Volum larutan = 57,1909 m Volum tangki = 48,691 m Tinggi larutan dalam tangki = Tekanan hidrostatik P = ρ x g x l = 1.047,8089 kg/m x 9,8 m/det x 8,519 m = 87.46,066 Pa = 1,6815 psia Faktor kelonggaran = 0 % Maka, Pdesain = (1,) (P operasi) = 1, ( 14, ,6815) =,859 psia Dari Walas, 1988 diperoleh bahwa tekanan desain dari beroperasi pada tekanan 0-10 psig adalah 40 psig atau 54,696 psia. - Direncanakan bahan konstruksi Carbon Steel SA-85 grade C - Allowable working stress (S) : psia (Peters et.al., 004) - Joint efficiency (E) : 0,85 - Corossion allowance (C) : 0,15 in/tahun - Umur alat : 10 tahun t =,008 in tebal shell standar yang digunakan adalah in Menghitung tebal tutup tangki 54,696 x 1 1,7877 t (1.700 x0,85) 0,6x 54,696 57, ,691 x 10, 8,519 m Tutup atas tangki terbuat dari bahan yang sama dengan shell 10 x0,15 bejana yang (Brownell&Young,1959)

105 Tebal tutup atas = in (Brownell&Young,1959) Perancangan Sistem pengaduk Jenis : flat 6 blade turbin impeller Baffle : 4 buah Kecepatan putaran (N) : 1 rps (Geankoplis, 00) Efisiensi motor : 80 % Pengaduk didesain dengan standar berikut : D a : D t = 0, J : D t = 1 : 1 W : D a = 1 : 5 L : D a = 1 : 4 E : D a = 1:1 (Geankoplis, 00) Jadi : 1. Diameter impeller (D a ) = 0, x D t =,45 m = 8,045 ft. Tinggi pengaduk dari dasar (E) = D a =,45m. Lebar baffle ( J) = 0,68 m 4. Lebar daun baffle (W) = 0,49 m 5. Panjang daun impeller (L) = 0,61 m Daya untuk pengaduk : Bilangan Reynold (N Re ) = N D a 1, ,8089 0,719 = ,95 N Re >10.000, sehingga daya tidak tergantung pada bilangan persamaan menjadi : reynold, P k N Da g 5 T (McCabe dkk., 1999) k T = 0, c P = 5 5 0,1 det 8,045 ft 65,4147lbm / ft,147 lbm. ft/ lbf.det = 1.98,655 ft.lbf/det = 9,8885 hp Efisiensi motor, η = 80 % Jadi daya motor = 49,8606 hp

106 Menghitung Jaket pendingin, Jumlah air pendingin (0 0 C) = 18.9,041 kg/hari Densitas air pendingin = 995,68 kg/m 18.9,04 1 kg/hari Laju alir air pendingin (Qw) = = 18,888 m /hari 995,68 kg/m Diameter dalam jaket = diameter dalam + ( x tebal dinding) = 1,7877 in + [( in)] = 5,7877 in Tinggi jaket = tinggi tangki = 8,174 m Ditetapkan jarak jaket = 5 in Diameter luar jaket (D) = 5,7877 in + ( 5) in = 5,7877 in Luas yang dilalui air pendingin (A), A = (D -d ) = (5,7877 in 5,7877 in ) = 5.19,664 in =,506 m 4 4 Kecepatan air pendingin (v), Qw 18,888 m/hari v = = = 41,444 m/hari A,506 m Tebal dinding jaket (tj), P desain Jenis sambungan =,85 psia = Double welded butt joint Joint Efficiency = 0,85 Allowable Stress = lb/in (Peters et.al., 004) Korosi yang diizinkan (c) = 0,15 in/tahun Tebal shell jaket (t), P D t Tebal jaket (t) SE c (Brownell dan Young, 1959) dimana : t = tebal dinding jaket (in) P = tekanan desain (lb/in ) Dt = diameter dalam jaket (in) S = allowable working stress (lb/in )

107 ,85 5,7877 d ,85 0,5987 in E = efisiensi pengelasan c = korosi yang diizinkan (in) 0,15 Dipilih tebal jaket standar /4 in. LC. Tangki Penyimpanan Oksigen (TK-04) Fungsi : tempat menyimpan gas oksigen. Bentuk : Silinder vertikal dengan alas datar dan tutup elipsoidal Bahan Konstruksi : Carbon steel SA-85 grade C Jumlah : 1 unit Kondisi operasi : P = 1 atm T = 5 0 C Waktu tinggal ( τ ) = 00 hari Laju alir massa (F) = 1,716 kg/hari Densitas () = 1,95 kg/m Faktor kelonggaran = 0 % (Perry dan Green,1999) Menghitung volume tangki : 1,716 kg/hari Laju alir volumetrik (Q) = 1,95 kg/m = 0,9564 m /hari Volume bahan = τ x Q =00 hari x 0,9564 m /hari = 191,9 m Volume tangki, V T = ( 1+ 0, ) x 191,9 m = 9,548 m Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (H S : D T ) = : 1 T Volume silinder = D H H : D : 4 = 8 S D T S D T ( diameter tangki ) = 5,697 m = 4,08 in T

108 H S ( tinggi silinder ) = 8,5459 m = 6,4556 in Menghitung tebal shell tangki PR t n. C SE 0,6P (Perry, 1999) Dimana: t = tebal shell (in) P = tekanan desain (Psia) R = jari-jari dalam tangki (in) S = allowable stress (Psia) E = joint efficiency n = umur alat (tahun) C = corrosion allowance (m/tahun) Volum larutan = 191,9 m Volum tangki = 9,548 m Tinggi larutan dalam tangki = Tekanan hidrostatik P = ρ x g x l = 1,95 kg/m x 9,8 m/det x 7,117 m = 9,7888 Pa = 0,0146 psia Faktor kelonggaran = 0 % Maka, Pdesain = (1,) (P operasi) = 1, ( 14, ,0146) = 17,6515 psia Dari Walas, 1988 diperoleh bahwa tekanan desain dari beroperasi pada tekanan 0-10 psig adalah 40 psig atau 54,696 psia. - Direncanakan bahan konstruksi Carbon Steel SA-85 grade C - Allowable working stress (S) : psia (Peters et.al., 004) - Joint efficiency (E) : 0,85 - Corossion allowance (C) : 0,15 in/tahun - Umur alat : 10 tahun 54,696 x 1 4,08 t (1.700 x0,85) 0,6x 54, ,9 9,548 x 8,5459 7,117 m 10 x0,15 bejana yang

109 t = 1,778 in tebal shell standar yang digunakan adalah in (Brownell&Young,1959) Menghitung tebal tutup tangki Tutup atas tangki terbuat dari bahan yang sama dengan shell Tebal tutup atas = 1 /4 in (Brownell&Young,1959) LC.4 Pompa (J-05) Fungsi Jenis Bahan konstruksi Jumlah : Memompa keluaran reaktor desulfurisasi ke settler : Pompa screw pump : Commercial Steel : 1 unit Kondisi operasi : Tekanan = 1 atm Temperatur = 5 o C Laju alir massa (F) = 74.6,01 kg/hari = 9,5498 lbm/sec Densitas () = 1047,8006 kg/m = 65,4119 lbm/ft Viskositas () = 0,78 cp = 0,00049 lbm/ft.s Laju alir volumetrik, Q F 9,5498 lb m /sec ρ 65,4119 lb / ft m 0,1459 ft /sec = 0,0041 m /sec Desain pompa : Asumsi aliran turbulen D opt = 0,6 (Q) 0,45 (ρ) 0,1 (Peters,et.al., 004) = 0,6 x (0,0041) 0,45 x (1047,8006) 0,1 = 0,0758 m =,9859 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis (1997), dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal : in

110 Schedule number : 40 Diameter Dalam (ID) :,068 in = 0,557 ft Diameter Luar (OD) :,5 in = 0,917 ft Inside sectional area : 0,051 ft 0,1459 ft / s Kecepatan linear, v = Q/A = 0,051 ft =,8459 ft/s Bilangan Reynold : N Re = v D (65,4119 = lbm / ft )(,8459 ft/ s)(0,557 ft) 0,00049lbm/ft.s = ,07 (Turbulen) /D = 4,6x10 D 5 = 0,00059 (Geankoplis, 1997) Pada N Re = ,07 dan /D = 0,00059 Dari Fig..10- Geankoplis (1997), diperoleh harga f = 0,0051 Friction loss : 1 Sharp edge entrance= h c = 0,55 1 A v A 1 = 0,55 1 0,8459 = 0,069 ft.lbf/lbm 1,174 v elbow 90 = h f = n.kf.. g c = (0,75),8459 = 0,1888 ft.lbf/lbm 1,174 v 1 check valve = h f = n.kf.. g c = 1(,0),8459 =0,517 ft.lbf/lbm 1,174 L v Pipa lurus 0 ft = F f = 4f D... g c = 4(0,0051) 0.,8459 0,557..,174 = 0,01 ft.lbf/lbm

111 1 Sharp edge exit = h ex = 1 A1 A v.. g c,8459 = 0,159 ft.lbf/lbm 1,174 = 1 0 Total friction loss : F = 0,969 ft.lbf/lbm Dari persamaan Bernoulli : P P v v1 gz z1 F Ws (Geankoplis,1997) dimana : v 1 = v Maka : P 1 = P Z = 10 ft,174 ft/ s,174 ftlbm. / lbf. s 0 Ws = -10,969 ft.lbf/lbm P Effisiensi pompa, = 80 % Ws = - x Wp -10,969 = -0,8 x Wp Wp = 1,6711 ft.lbf/lbm 10 ft00,969 ftlbf. / lbmw 0 s Daya pompa : P = m x Wp 1 hp = 9,5498lbm/s 1,6711 ft.lbf/lbm x 550 ftlbf. / s = 0,74 Hp Maka dipilih pompa dengan daya motor = 1/4 Hp

112 LC.5 Clarifier (S-06) Fungsi : Memisahkan endapan sulfur dan medium Tipe : External Solid Recirculation Clarifier Bentuk : Circular desain Bahan konstruksi : Carbon Steel SA-8, Grade C Jumlah : 1 unit Kondisi operasi: Temperatur Tekanan = 5 0 C = 1 atm Laju massa medium (F 1 ) = 74.65, kg/hari Laju massa Sulfur (F ) =,541 kg/hari Laju massa total, m = 74.67,8 kg/hari Densitas medium = kg/m (Geankoplis, 1997) Densitas sulfur =.000 kg/m (Wikipedia, 01) Dari Metcalf & Eddy (1984) diperoleh bahwa untuk clarifier tipe upflow (radial): - Kedalaman air = 1-5 m - Settling time = 1- jam Dipilih : Kedalaman air (H) = 5 m Settling time = jam Diameter dan Tinggi Clarifier Densitas larutan, 74.67,8 = 1.050,00 kg/m 74.65,, Volume cairan, V = V = ¼ D H D = 4V ( ) H 1/ 74.67,8 kg/ hari 1 hari 44,5555 m 1.050,00 x4 jam 4 44,5555,145 1/ Maka, diameter clarifier = 16,846 m Tinggi clarifier = 1,5 D = 5,69 m 16,846 m

113 Tebal Dinding Tangki Tekanan hidrostatik: P hid = g h = 1.050,00 kg/m 9,8 m/det 5,69 m = 60 kpa = 7,7171 psia Tekanan operasi = 1 atm = 14,696 psia P = 7,7171 psia + 14,696 psia = 5,411 psia Faktor kelonggaran = 5% Maka, P design = (1,05) (5,411) psia = 78,6196 psia Joint efficiency = 0,85 Allowable stress = psia (Brownell,1959) Tebal shell tangki: PD t SE 1,P (78,6196 (16,846m) (1.700) (0,85) 1, (78,6196kPa) 0,0571 in Faktor korosi =1,5 in/tahun Maka tebal shell yang dibutuhkan =0,0571 in + (10. 1 / 8 in) = 1,071 in Tebal shell standar yang digunakan = 1 ½ in (Brownell,1959) Daya Clarifier P = 0,006 D (Ulrich, 1984) dimana: P = daya yang dibutuhkan, kw Sehingga, P = 0,006 (16,846) = 1,708 kw =,84 hp Digunakan daya,5 hp. LC.6 Screw Conveyor (C-401) Fungsi : Mengalirkan sulfur ke Tangki penyimpanan Sulfur Bahan konstruksi : Carbon steel Bentuk : Horizontal scew conveyor Jumlah : 1 unit

114 Umpan Temperatur T = 5 C (08 K) Tekanan operasi P = 1 atm Jarak angkut L = 5 ft = 7,6 m Laju alir bahan F =,541 kg/hari = 0,1059 kg/jam = 0,6 lb/jam Densitas bahan ρ = 000 kg/m = 14,8556 lb/ft (Wikipedia, 01) Direncanakan dalam 1 proses cukup ditempuh 1/6 jam kerja (10 menit) F Q = 0,6 /14,8556 = 0,00187 ft /jam Dipilih screw conveyor dengan diameter 1 in, 1 = 0,011 ft /jam 1 6 Dari Tabel 5. dan Tabel 5.4 Walas, 1988 didapatkan harga: Kecepatan putaran maximum(ω max ) = 60 rpm, Kapasitas masksimum (Q max ) = 90 ft /jam Faktor S = 171 Horse Power factor (f ) = 0,7 Sehingga, kecepatan putaran (ω), Q max (Walas, 1988) Q max ω = 0,011x60 =0,0075 rpm 90 Daya conveyor : P = [ sx fxqx ] xl (Walas, 1988) Faktor keamanan 0%, L P = [171 x 0, ,7x 0,011 x 14,8556]x 5 = 67,871 Keluaran P =1, x 67,871 = 84,789