LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA. 1ton. 1 tahun. kg = 252,5252 jam. kg jam

Transkripsi

1 LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA Pra rancangan pabrik pembuatan bio-oil dengan proses fast pyrolisis (pirolisis cepat) menggunakan bahan baku batang jagung dengan ketentuan sebagai berikut. Kapasitas produksi Basis perhitungan Waktu kerja per tahun Satu hari operasi Satuan perhitungan :.000 ton/tahun. : 1 jam operasi. : 0 hari. : 4 jam. Kapasitas Produksi Perjam = 000 Kemurnian Produk : 96 % Bio-oil sebagai produk ; : kg/jam dan kmol/jam. ton tahun kg = 5,55 jam 1 tahun x x 0hari kg kg = 96 % x 5, 55 = 4,44 jam jam 1hari 4 jam 1.000kg x 1ton Dari perhitungan alur mundur, untuk menghasilkan 4,44 kg/jam bio-oil dibutuhkan bahan baku batang jagung halus sebanyak 560,475 kg/jam. Jumlah batang jagung daur ulang 140,1188 kg/jam. Massa molekul realatif (kg/kmol): Bio-oil = 60,0 kg/kmol Lignoselulosa (C 10 H 1 O 4 ) 10 = 1960 kg/kmol C = 1,0111 kg/kmol CO = 8,0105 kg/kmol CO = 44,0147 kg/kmol CH 4 = 16,047 kg/kmol H =,0016 kg/kmol O = kg/kmol N = 8,0 kg/kmol H O = 18,0016 kg/kmol (Perry,1999)

2 4,44 Mol Bio-oil = 60,0 kg jam kg kmol = 4,081 kmol Komposisi Batang Jagung dalam % massa (Basis:100) - Lignoselulosa = 84% - Impuritis = 16 % (Hambali, dkk.,007) LA.1 Knife cutter (KC-10) Fungsi: mengecilkan ukuran batang jagung sebelum masuk kedalam vibrating screen (VS-104) Gambar LA.1 Diagram Alir Unit Persiapan Bahan Baku Persamaan Neraca Massa pada Unit Persiapan Bahan Baku F 1 +F 4 = F Efisiensi pengecilan ukuran batang jagung oleh Knife Cutter = 80%. (Walas, 1988). Dalam knife cutter ini hanya 80% batang jagung yang berhasil dikecilkan menjadi ukuran diameter 1 mm. Alur masuk Batang jagung yang harus disuplay setiap jam adalah 700,5941 kg/jam Didalam knife cutter hanya berhasil dihaluskan 80 % sehingga 0 % lagi akan di recycle kembali dari vibrating screen ke knife cutter. Batang jagung yang harus disuplai dari penyimpanan: F = x 700,5941 kg/jam F = 560,475 kg/jam

3 Batang jagung yang direcycle F = x 700,5941 kg/jam F = 140,1188 kg/jam Alur keluar dari knife cutter (alur ) F = F + F F = 560, ,1188 F = 700,5941 kg/jam Tabel berikut adalah neraca massa pada Unit Persiapan Batang Jagung. Tabel LA.1 Neraca Massa pada Unit Persiapan Bahan Baku Masuk (kg/jam) keluar (kg/jam) Komponen alur 1 alur 4 alur Batang jagung 560, , ,5941 Total 700, ,5941 LA. Vibrating Screen (VS-104) Fungsi: Menyaring batang jagung yang telah dihaluskan oleh Knife Cutter (KC) sampai 1 mm. Gambar LA. Diagram Alir Vibrating Screen (VS-10) Asumsi efisiensi penyaringan batang jagung pada Vibrating Screen adalah 80%. Dalam vibrating screen akan dipisahkan semua batang jagung yang ukurannya 1 mm dari batang jagung yang ukurannya lebih besar dari 1 mm (Walas, 1988). Persamaan Neraca Massa pada Vibrating Screen (VS-104) F = F + F 4 F = 700,5941

4 F = F = x 700,5941 kg/jam x F kg/jam F = 140,1188 kg/jam F = F F 4 = 700, ,1188 = 560,475 kg/jam Tabel LA. Neraca Massa pada Vibrating Screen (VS-104) Komponen masuk (kg/jam) keluar (kg/jam) alur alur alur 4 Batang jagung 700, , ,1188 Total 700, ,5941 LA. Reaktor (R-01) Fungsi: mengurai remah batang jagung (corn stover) dalam proses pemanasan pada suhu 480 o C sehingga terbentuk bio-oil, gas, dan arang. batang jagung 15 REAKTOR 7 Bio-oil Arang (C) syngas N 5 6 Gambar LA. Diagram Alir Reaktor Pyrolisis (R-01) Persamaan Neraca Massa pada Reaktor Pyrolisis (R-01) Reaksi pada Reaktor Pyrolysis (RP) F + F 5 = F C (C 10 H 1 O 4 ) 10 6,0C 6 H 10 O 5(l) + 66,976C(s)+ (6,404CO +,85CO +4,159CH 4 + 9,74H ) (g) + 17,16 H O (Simulation of Olive Pits Pyrolysis in a Rotary Kiln Plant thermal science, 011). Massa remah jagung masuk ke raktor sama dengan jumlah remah jagung yang keluar di alur 4 Vibrating Screen sehingga F = 560,475 kg/jam konversi Lignoselulosa = 100 % (Hambali,007)

5 Alur Massa (C 10 H 1 O 4 ) 10 = 560,475 kg/jam Mol (C 10 H 1 O 4 ) 10 = 560,475 Hasil reaksi Alur 7 Mol bio-oil = 4,081 kmol Mol C Mol CO Mol CO =, =, =, Mol CH 4 = Mol H Mol H O =, =, = 0,954 kmol/jam x 0,954 = 19,7847 kmol x 0,954 = 1,8917 kmol x 0,954 = 1,179 kmol x 0,954 = 1,86 kmol x 0,954 =,8754 kmol x 0,954 = 5,060 kmol F 7 Bio-oil = 4,081 x 60,0 = 4,44 kg/jam F 7 C = 19,7847 x 1,0111 = 7,660 kg/jam Komposisi Produk Gas Sintesis (Syngas) serta Berat Molekulnya Komposisi (% mol) Berat Molekul (kg/kmol) H 56,4,016 N,1 8,00 CH 4 7,1 16,040 H O 1,7 18,016 CO 1, 8,010 CO 0,4 44,010 F 7 CO = 1,8917 x 44,0147 x 0,4% = 0,0 kg/jam F 7 CO = 1,179 x 8,0105 x 1,% = 0,414 kg/jam F 7 CH 4 = 1,86 x 16,047 x 7,1% = 1,994 kg/jam F 7 H =,8754 x,0016 x 56,4% =,460 kg/jam F 7 H O = 5,060 x 18,0016 x 1,7% = 1,5491 kg/jam (Sumber : Subekti, 005 dan Perry and Green, 1999)

6 Alur5 Kebutuhan gas N sebagai pendorong partikel partikel yang terdapat pada reaktor pyrolisis (R-01) 10% dari jagung yang masuk (www//:co _Compound.com). F 5 = 10% dari jagung yang masuk = 10% x 560,475 kg/jam = 56,0475 kg/jam F 5 = 56,0475 kg/jam x,1% = 16,07 kg/jam Alur 6 Qreaktor N CO = x1 kmol CO Q F CO = CO 69.94,409 kkal/jam 5.7,5174 kkal/jam = x 1kmol CH = 1,115 kmol N x BM CO CO = 1,115 kmol x 16,047 kg/kmol = 17,8908 kg/jam Qreaktor N H O = x1kmol H O Q H O O F H 69.94,409 kkal/jam = x1kmol H O ,5481kkal/jam = 1,715 kmol = N H O x BM H O = 1,715 kmol x 16,047 kg/kmol = 0,98 kg/jam

7 Alur 15 Qreaktor N CO = x1 kmol CO Q F CO = CO 69.94,409 kkal/jam x 1kmol CH 5.7,5174 kkal/jam = = 1,115 kmol N CO x BM CO = 1,115 kmol x 16,047 kg/kmol = 17,8908 kg/jam Qreaktor N H O = x1kmol H O Q HO O F H 69.94,409 kkal/jam = x1kmol H O ,5481kkal/jam = 1,715 kmol = N H O x BM H O = 1,715 kmol x 16,047 kg/kmol = 0,98 kg/jam Tabel berikut adalah neraca massa pada Reaktor Pyrolisis (R-01) Tabel LA. Neraca Massa pada Reaktor Pyrolisis (R-01) Komponen Lignoselulosa Impuritis Bio-oil Arang (C) CO CO CH 4 H H O N Massa Masuk (kg/jam) Massa Keluar (kg/jam) Alur Alur 5 Alur 6 Alur7 Alur , , , , , ,8908 0,0 17, , , , ,98 1,5491 0, , Sub total 560,475 16,07 8, ,678 8,890 Total 614, ,967

8 LA.4 Cyclone (CY-05) Fungsi : Memisahkan karbon yang masih ada pada gas yang berasal dari Reaktor Pyrolisis Gambar LA.4 Diagram Alir Cyclone (CY-05) Persamaan Neraca Massa pada Cyclone (CY-05) F 8 = F 9 + F 10 Alur 9 Asumsi : efisiensi peyisihan karbon aktif = 100% (hasil maksimum). F 8 Karbon aktif (C) = F 9 kg Karbon aktif (C) = 7,660 jam Alur 10 F 8 Bio-oil = F 10 kg Bio-oil = 4,44 jam F 8 CO = F 10 kg CO = 0,0 jam F 8 CO = F 10 kg CO = 0,414 jam F 8 CH4 = F 10 kg CH 4 = 1,994 jam F 8 H = F 10 kg H =,460 jam F 8 H O = F 10 kg H O = 1,5491 jam

9 Tabel berikut adalah neraca massa pada Cyclone. Tabel LA.4 Neraca Massa pada Cyclone (CY-05) Komponen Massa Masuk (kg/jam) Massa Keluar (kg/jam) Alur 8 Alur 9 Alur 10 Bio-oil 4, ,44 Arang 7,660 7, CO 0, ,0 CO 0, ,414 CH 4 1, ,994 H,460 --,460 H O 1,5491 1,5491 Sub Total 7,660 49,660 Total 487, ,000 LA.5. Knock Out Drum (KO-08) Fungsi : memisahkan gas dari cairan bio-oil. Dalam Knock Out Drum ini terjadi pemisahan Gas dan cair secara langsung (Paul, 000). Asumsi efisiensi alat : terpisah 100% Gambar LA.5 Diagram Alir Knock Out Drum (KOD) Persamaan Neraca Massa Pada Knock Out Drum (KOD) F 11 = F 1 + F 1 Alur 11 Efisiensi Knock Out Drum (KOD) : 100 % F 11 Bio-oil = F 1 kg Bio-oil = 4,44 jam

10 Alur 1 F 1 CO = F 11 kg CO = 0,0 jam F 1 CO = F 11 kg CO = 0,414 jam F 1 CH 4 = F 11 kg CH 4 = 1,994 jam F 1 H = F 11 kg H =,460 jam Tabel berikut adalah neraca massa pada Knock Out Drum (KO-08). Tabel LA.5 Neraca Massa pada Knock Out Drum (KO-08) Komponen Massa Masuk (kg/jam) Massa Keluar (kg/jam) Bio-oil CO CO CH 4 H H O Alur 11 Alur 1 Alur 1 4,44 0,0 0,414 1,994,460 1,5491 4, ,0 0,414 1,994,460 1,5491 Sub Total 4,44 6,9418 Total 49,660 49,660

11 LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA PANAS Basis perhitungan : 1 jam operasi. Temperatur referensi : 5 o C (98,15 K). Satuan perhitungan : kj/jam Tabel LB.1 Kapasitas Panas Gas Cp (J/mol.K) Komponen A b x 10 - T C x 10-5 T d x 10-9 T e x 10-1 T 5 (J/mol.K) H N CH 4 H O CO CO g : 17,686 l : 58,866 6,7006 -,0694-1, , , ,7600-9,180 0 g : 9,4119-0,007 0,5451 5,119-4,508 l : 14,7141 0, , , g : 8,870-7,664 9,0981-6, ,0679 l : -7, , , , g : 4,0471-0,9651,998-0,4467 4,0 l : 18,964 47,118-1, ,400 0 g : 9,006 0,49-1, ,989-8,766 l : 14,967 14, , ,040 0 g : 19,0 7,969-7,707 7,457-8,10 l : 11, ,9550-7, , O g : 5,9865 0,0558 0,1400-1,098 0,00 C c : 11,1800 1,0950-0, Perry and Green, 1997 (kal/g. o C), untuk S satuan (kal/mol. o C); Stanley, 1989 (J/mol.K); Richard and Rousseau, 1986 (J/mol.K); Reklaitis, 198 (J/mol.K)

12 Tabel LB. Panas Pembentukan Komponen H f 0 Panas Laten Temperatur H vl () H m Beku Didih (kkal/mol) (kal/mol) (kal/mol) ( o C) ( o C) H 0 1.4, ,04-5,61 N , ,86-195,80 CH 4-17, , ,60-161,40 H O g : -57,7960 l : -68, , ,00 CO -6, , ,00-19,00 CO -94, , ,60-78,50 O 0-18,00-18,40 C c : 0 g : 171, >.500, Holtz, 1988 (kkal/mol); Richard and Rousseau, 1986 (kkal/mol), Perry and Green, 1997 (kkal/mol) Tabel LB. Kapasitas Panas Estimasi Tabel LB. Kontribusi elemen atom untuk metode Hurst dan Herrison (kkal/kmol. 0 K) Gugus Harga (J/mol. 0 K) Harga (kkal/mol. 0 K) C H O N S Na K 10,86 7,56 1,4 18,74 1,6 1,4 68,78,6009 1,8056,05 4,4758,97 7,5 6,877 Perry and Green, 1997 Data estimasi kapasitas panas (Cp) dalam kkal/kmol.k (Metode Hurst dan Herrison) Cp Lignoselulosa = 189,916 kkal/kmol. 0 K Cp impuritis = 6,04 kkal/kmol. 0 K Cp Bio-oil = 49,5874 kkal/kmol. 0 K Data estimasi H 0 f(98) dalam kkal/mol (Tabel.5, Perry)

13 0 H f ( 98K ) Bio oil = -196,800 kkal/mol 0 H f ( 98K ) Selulosa = -55,900 kkal/mol 0 H f ( 98K ) Hemiselulosa = -4,4675 kkal/mol 0 H Impuritis = -80,1946 kkal/mol f ( 98K ) 1 kkal = 4,184 kj (Geankoplis,199) LB.1 Reaktor Pyrolisis (R-01) dan Combuster (E-0) (6) CO H O Combuster (14) Udara (1) CO CO CH 4 H H O Gambar LB.1 Combuster (E-0) Kapasitas panas masuk (98 K sampai 75 K) 75 Cp C.dT ( 0) = 9,006 J / mol. K ,49 J / mol. 98 1,8644 J / mol ,766 J / mol. 4 = 1.689,9057 j/mol 1kkal = 1.689,9057 kj/kmol x 4,184 kj =.71,9660 kkal/kmol 47,989 J / mol

14 75 Cp C.dT 75 ( 0 ) = 19,0 J / mol. K ,969 J / mol Cp CH.dT 7,707 J / mol ,10 J / mol. 4 = 0.401,7054 j/mol 1kkal = 0.401,7054 kj/kmol x 4,184 kj = 4.876,146 kkal/kmol 98 7,457 J / mol ( 4 ) = 8,87 J / mol. K ,664 J / mol. 98 9,0981J / mol ,0679 J / mol. 4 = 1.850,691 j/mol 1kkal = 1.850,691 kj/kmol x 4,184 kj = 5.,4407 kkal/kmol ,849J / mol Cp H.dT ( = 17,686 J / mol. K ,7006J / mol. ) 98 1,1485 J / mol ,180 J / mol. 4 = 1.96,151 j/mol 105,880J / mol

15 1kkal = 1.96,151 kj/kmol x 4,184 kj =.01,7961 kkal/kmol Neraca panas komponen CO H CO N CO x CpCO. dt 98 1 F 75 CO = x Cp BM CO 98 ( CO).dT 6,819 kg/jam x.71,9660kkal/kmol = 8,0105 kg/kmol = 78,596 kkal/jam CO H CO N CO x CpCO. dt 1 0 FCO = x Cp BM CO 98 ( CO ). dt 57,8986 kg/jam = x 44,5089 kkal/kmol 44,0147 kg/kmol = 58,5487 kkal/jam CH H CH N CH x CpCH. dt 1 75 FCH 4 = x Cp BM CH ( CH 4 ). dt 5,9806 kg/jam = x 5.,4407kkal/kmol 16,047 kg/kmol

16 = 11.71,9006 kkal/jam H H H N H x CpH. dt 1 75 FH = x Cp BM H 98 ( H ). dt 1,4964 kg/jam = x.01,7961kkal/kmol,0016 kg/kmol =.9,6689 kkal/jam Kapasitas panas CH 4 (98 K sampai 0 K) 0 Cp CH.dT 0 98 ( 4 ) = 8,87 J / mol. K0 98 7,664 J / mol. 98 9,0981J / mol ,0679 J / mol. 4 = 180,1005 j/mol 1kkal = 180,1005 kj/kmol x 4,184 kj = 4,0451 kkal/kmol 6,849J / mol Kapasitas panas udara (O & N ) (98 K sampai 0 K) 0 Cp O.dT 0 98 ( = 5,9865J / mol. K0 98 0,0558 J / mol. ) 98 0,14 J / mol , J / mol. 4 1,098 J / mol

17 0 Cp( N ).dt = 98 9,4119J / mol. K = 1,640 j/mol 1kkal = 1,640 kj/kmol x 4,184 kj = 7,47 kkal/kmol ,007 J / mol. 0,5451J / mol J / mol. 4 = 14,9647 j/mol 1kkal = 14,9647 kj/kmol x 4,184 kj = 4,4084 kkal/kmol Kapasitas panas hasil pembakaran (98 K sampai 8 K) 8 Cp O.dT 98 5,119 J / mol ( = 5,9865J / mol. K8 98 0,0558 J / mol. ) 98 0,14 J / mol , J / mol. 4 =.448,8655 j/mol 1kkal =.448,8655 kj/kmol x 4,184 kj = 84,986 kkal/kmol 5 8 1,098J / mol

18 8 Cp( N ).dt = 98 9,4119J / mol. K 8 Cp C.dT ,007 J / mol. 0,5451J / mol J / mol. 4 = 1.907,978 j/mol 1kkal = 1.907,978 kj/kmol x 4,184 kj =.085,0795 kkal/kmol 98 5,119 J / mol ( 0 ) = 19,0 J / mol. K8 98 7,969 J / mol. 98 7,707 J / mol ,10 J / mol. 4 =.984,857 j/mol 1kkal =.984,857 kj/kmol x 4,184 kj = 5.7,5174 kkal/kmol ,457J / mol ( 98 7 Cp H O). dt Cp( H O). dt ( H O) Cp( H O). dt H O = 9,79 kkal/kmol 7 Cp( H O ). dt = ,964 J / mol. K ,118J / mol. 98

19 8 1,8780 J / mol = 5.671,649 j/mol 1kkal = 5.671,649 kj/kmol x 4,184 kj = 1.55,5567 kkal/kmol Cp( H O). dt = 4,0471J / mol. K ,4 J / mol ,9651 J / mol. 7,998J / mol ,4467 J / mol Cp ( H O ) ,0 J / mol. 4 = 16.57,991 j/mol 1kkal = 16.57,991 kj/kmol x 4,184 kj =.909,488 kkal/kmol dt = 1.55,5567 kkal/kmol + 9,79 kkal/kmol +.909,488 kkal/kmol = 5,74,7740 kkal/kmol 5 Reaksi pembakaran CH 4 : CH 4 O CO H O Udara yang dibutuhkan untuk membakar 1 kmol CH 4 (udara 0 % berlebih) mol O = (kmol CH 4 + (0% kmol CH 4 )) x τ O = (1 + 0,) x =,4 kmol 79 Mol N = x, 4kmol 1

20 Hr (98) = 9,086 kmol = H. H. H. H. f ( CO ) f ( H O) f ( CH4 ) f ( O ) = (-94, x (-68,150) (-17,8900) x 0) kkal/mol 1000mol = -1,7900 kkal/mol x 1kmol = kkal/kmol N ( CH 4 ) r. Hr (98 ) = x Hr(98 ) ΔH reaktan H H H = 1 x ( kkal/kmol) ( 1) = kkal/kmol 0 14 N CH x CP CH dt 4 ( 4 ) CH. 4 = 1 kmol/jam x 4,0451 kkal/kmol = 4,0451 kkal/jam 0 N O x Cp dt ( O ) 98 O. =,4 kmol/jam x 7,47 kkal/kmol = 17,94 kkal/jam 0 N N x Cp dt ( N ) 98 N. = 9,086 kmol/jam x 4,4084 kkal/kmol = 10,6587 kkal/jam ΔH produk (kmol O : 0,4; kmol :CO : 1; kmol N : 9,086; kmol H O : ) H H 8 N O x Cp dt ( O ) 98 O. = 0,4 kmol/jam x 84,986 kkal/kmol = 9,7195 kkal/jam 8 N N x Cp dt ( N ) 98 N.

21 H H = 9,086 kmol/jam x.085,0795 kkal/kmol = 7.85,8610 kkal/jam 8 N CO x CP dt ( CO ) 98 CO. = 1 kmol/jam x 5.7,5174 kkal/kmol = 5.7,5174 kkal/jam 8 N H x Cp dt O ( HO) 98 H O. = kmol/jam x 5,74,7740 kkal/kmol = ,5481 kkal/jam Panas yang dihasilkan dari pembakaran 1 kmol CH4 Q = r. Hr (98 ) + ΔH produk - ΔH reaktan CH 4 = ( , , , ,5481-4, ,94-10,6587) kkal/jam = ,991 kkal/jam Jumlah Bahan Bakar yang dibutuhkan 14 Qreaktor N CH 4 = x1kmol CH 4 Q 14 F CH 4 = CH ,409 kkal/jam x 1kmol CH ,991 kkal/jam = 4 =,7896 kmol N x BM CH 4 14 CH 4 =,7896 kmol x 16,047 kg/kmol = 60,7958 kg/jam

22 Tabel LB.4 Neraca panas pada Combuster Komponen Neraca Panas Masuk (kkal/jam) Alur (1) Alur (14) Neraca Panas Keluar (kkal/jam) Alur (6) CO 1.55,1595 CO 65,86.7,5174 CH 4 4,0451 H 4.176,074 H O.69, ,5481 N 10, ,8610 O 17,94 9,7195 Panas yang dihasilkan.695, ,91 Total 40.96,91 LB. Reaktor Pyrolisis (R) Gambar LB. Reaktor Pyrolisis (R)

23 Kapasitas panas alur (98 K sampai 0 K) 0 Cp( lignoselul osa). dt = Cp selulosa x 0 98K 98 0 Cp puritis.dt = 99,748 kkal/kmol. 0 K x (0 98) K = 496,8740 kkal/kmol (Im ) = Cp impuritis x 0 98K 98 = 6,04 kkal/kmol. 0 K x (0 98) K = 16,510 kkal/kmol Kapasitas panas alur 6 (98 K sampai 0 K) 0 Cp CO.dT 0 98 ( ) = 19,0 J / mol. K0 98 7,969 J / mol. 98 7,707 J / mol ,10 J / mol. 4 = 186,5 J/mol 7,457 J / mol = 186,5 kj/kmol x 1kkal 4,184 kj = 44,5089 kkal/kmol Kapasitas panas alur 7 (98 K sampai 75 K) 75 Cp( Bio oil). dt = CpBio oil x75 98K Cp C.dT = 49,5874 kkal/kmol. 0 K x (75 98) K =.607,7670 kkal/kmol 75 ( ) = 11,18 J / mol. K75 98K 1,095 J / mol. K 98 0,4891J / mol K

24 = 7.05,14 j/mol 1kkal = 7.05,14 kj/kmol x 4,184 kj = 1.685,500 kkal/kmol Neraca panas komponen Lignoselulosa 0 H lignoselul osa N lignoselulosa x Cp( lignoselulosa ). dt 98 F 0 lignin = x Cp BM lignin 98 ( lignin).dt 55,1067 kg / jam = x 496,8740 kkal/kmol 1960 kg/kmol = 140,165 kkal/jam Impuritis 0 H impuritis N impuritis x Cp( impuritis). dt 98 F 0 impuritis = x Cp BM impuritis 98 ( impuritis).dt 9,677 kg / jam = x16,510kkal/kmol 1,561kg/kmol = 19,579 kkal/jam Bio-oil H Bio oil N Bio oil x Cp Bio oil. dt 98

25 7 75 FBiooil = x Cp( Bio BM Biooil 98 oil).dt 4,44 kg/jam = x.607,7670 kkal/kmol 60,0kg/kmol =.80,110 kkal/jam Arang (C) H C N C x CpC. dt F 75 C = x Cp BM C 98 ( C ).dt 44,8975 kg/jam = x 1.685,500kkal/kmol 1,0111 kg/kmol = 6.00,401 kkal/jam H CO N CO x CpCO. dt 7 75 FCO = x Cp BM CO 98 ( CO ). dt 156,6147 kg/jam = x 4.876,146kkal/kmol 44,0147 kg/kmol = 17.50,40 kkal/jam Panas pembentukan pada temperatur 98 K (referensi) Reaksi Umum: (C 10 H 1 O 4 ) C 6,0C 6 H 10 O 5(l) + 66,976C(s)+ (6,404CO +,85CO +4,159CH 4 + 9,74H ) (g) + 17,16 H O Hr ( 98). H f ( biooil). H f ( C). H f ( CO ). H ( ). ( ). ( ). f CO H f CH H 4 f H H f ( Lignoselulosa ) = x (-196,800 kkal/mol) + 5 x 0 + x (-6,400 kkal/mol) + x(-94,0500 Hr (98) kkal/mol) + x (-17,8900 kkal/mol) (-1) x (-55,900 kkal/mol +

26 -4,4675 kkal/mol + -80,1946 kkal/mol) 1000mol = 49,841 kkal/mol x 1kmol = 49.84,1 kkal/kmol N ( Lignoselulosa ) r. Hr (98 ) = Q reaksi = x Hr(98 ) F BM selulosa F BM hemiselulosa F BM lignin selulosa hemiselulosa lignin = x Hr(98 ) = 4,44 kg / jam 98,7701 kg / jam 145,14 kg / jam 4,85kg/kmol 1,116kg/kmol 194,144 kg/kmol ( 1) x 49.84,1kkal/kmol = 560.7,0076 kkal/jam Qproduk = ΔH = ,41 kkal/jam Qout = Qreaksi + Qproduk = 560.7, ,41 = 69.94,409 kkal/jam Panas reaksi yang terjadi secara keseluruhan ( Q ) : ΔQ Qout Qin reaktor Δ Q = 560.7, , , , ,5487 reaktor , , ,6689 = 69.94,409 kkal/jam

27 Komponen Lignoselul osa (C 10 H 1 O 4 ) 10 87,1841 CO Tabel LB.4 Neraca panas pada Reaktor Pirolisis Neraca Panas Masuk (kkal/jam) Neraca Panas Keluar (kkal/jam) Alur () Alur (5) Alur (6) Alur (7) Alur (15) CO.7, ,86.7,5174 CH 4 4,0451 H 4.176,074 H O , , ,5481 N 1, , , ,8610 O 9,7195 9,7195 9,7195 Panas yang dihasilkan ,5701 Total , ,1185 LB. Cooler (E-04) Neraca Panas Total H 8 H 7 Q Gambar LB. Cooler Kapasitas panas alur 8 (98 K sampai 468 K)

28 468 Cp( Bio oil). dt = CpBio oil x K Cp C.dT = 49,5874 kkal/kmol. 0 K x (468 98) K = 8.446,8580 kkal/kmol 468 ( ) = 11,18 J / mol. K468 98K 1,095 J / mol. K Cp C.dT 0,4891J / mol. =.489,5845 j/mol kkal =.489,5845 kj/kmol x 4,184 kj = 595,050 kkal/kmol 98 K ( 0) = 9,006 J / mol. K ,49 J / mol Cp C.dT 1,8644 J / mol ,766 J / mol. 4 = 4.986,1959 j/mol 1kkal = 4.986,1959 kj/kmol x 4,184 kj = 1.191,794 kkal/kmol 98 47,989 J / mol ( 0 ) = 19,0 J / mol. K ,969 J / mol. 98 7,707 J / mol ,10 J / mol. 4 = 6.89,890 j/mol ,457 J / mol

29 468 Cp CH.dT 1kkal = 6.89,890 kj/kmol x 4,184 kj = 1.647,4410 kkal/kmol 468 ( 4 ) = 8,87 J / mol. K ,664 J / mol Cp H.dT 9,0981J / mol ,0679 J / mol. 4 = 6.78,65 j/mol 1kkal = 6.78,65 kj/kmol x 4,184 kj = 1.61,098 kkal/kmol 98 6,849 J / mol ( = 17,686 J / mol. K ,7006J / mol. ) 98 1,1485 J / mol ,180 J / mol. 4 = 4.97,41 j/mol 1kkal = 4.97,41 kj/kmol x 4,184 kj = 1.188,45 kkal/kmol ,880J / mol Neraca panas komponen Bio-oil H Bio oil N Bio oil x Cp Bio oil. dt 98

30 8 468 FBiooil = x Cp( Bio BM Biooil 98 oil).dt 4,456 kg/jam = x 8.446,8580kkal/kmol 16,146 kg/kmol = 1.69,741 kkal/jam Karbon Aktif (C) H C N C x CpC. dt FC = x Cp BM C 98 ( C ).dt 44,8975 kg/jam = x 595,050 kkal/kmol 1,0111 kg/kmol =.4,09 kkal/jam CO H CO N CO x CpCO. dt FCO = x Cp BM CO 98 ( CO).dT 6,819 kg/jam = x 1.191,794kkal/kmol 8,0105 kg/kmol =.67,8086 kkal/jam CO H CO N CO x CpCO. dt FCO = x Cp BM CO 98 ( CO ). dt 98,716 kg/jam = x 1.647,4410kkal/kmol 44,0147 kg/kmol =.694,8818 kkal/jam

31 CH H CH N CH x CpCH. dt FCH 4 = x Cp BM CH ( CH 4 ). dt 5,9806 kg/jam = x 1.61,098kkal/kmol 16,047 kg/kmol =.65,790 kkal/jam H H H N H x CpH. dt FH = x Cp BM H 98 ( H ). dt 1,4964 kg/jam = x 1.188,45kkal/kmol,0016 kg/kmol = 888,4765 kkal/jam Panas yang harus diserap oleh air pendingin : Q H 8 H 7 Q = (1.69, , , , , , , , , , , ,6689 ) kkal/jam = -5.15,96 kkal/jam ( artinya pengeluaran panas ke air pendingin) Jumlah air pendingin yang dibutuhkan : K 7 Q N H Cp. dt O (HO) 0K 7 K F H O Q x Cp (H. dt O) BM HO 0K Cp( H O). dt = 0 18,964J / mol. K 0 47,118J / mol. 0

32 1,878 J / mol =.56,100 j/mol 1kkal =.56,100 kj/kmol x 4,184 kj = 59,979 kkal/kmol ,4J / mol ,96 kkal/jam = 8 F H O x 59,979 kkal/kmol 18,016 kg / kmol 7 F = 1.67,946 kg/jam H O Tabel LB.5 Panas Pada Cooler Senyawa Panas Masuk (Kkal/jam) Panas Keluar (Kkal/jam) Alur 7 Alur 8 Umpan ,8646 Produk ,90 Air Pendingin ,96 - Total 5.745, ,90 LB. Condenser (E-07) Neraca Panas Total H 11 H 10 Q Gambar LB. Condenser Kapasitas panas alur 11 (98 K sampai 0 K)

33 0 Cp( Bio oil). dt = Cp Bio oil x 0 98K 98 0 Cp C.dT = 49,5874 kkal/kmol. 0 K x (0 98) K = 48,470 kkal/kmol 0 ( 0) = 9,006 J / mol. K0 98 0,49 J / mol Cp C.dT 1,8644 J / mol ,766 J / mol. 4 = 145,6978 j/mol 1kkal = 145,6978 kj/kmol x 4,184 kj = 4,86 kkal/kmol 98 47,989 J / mol ( 0 ) = 19,0 J / mol. K0 98 7,969 J / mol Cp CH.dT 7,707 J / mol ,10 J / mol. 4 = 186,5 j/mol 1kkal = 186,5 kj/kmol x 4,184 kj = 44,5089 kkal/kmol ,457 J / mol ( 4 ) = 8,87 J / mol. K0 98 7,664 J / mol. 98 9,0981J / mol ,849 J / mol. 9

34 0 Cp H.dT ,0679 J / mol. 4 = 180,1005 j/mol 1kkal = 180,1005 kj/kmol x 4,184 kj = 4,0451 kkal/kmol ( = 17,686 J / mol. K0 98 6,7006J / mol. ) 98 1,1485 J / mol ,180 J / mol. 4 = 14,6794 j/mol 1kkal = 14,6794 kj/kmol x 4,184 kj = 4,101 kkal/kmol Neraca panas komponen ,880J / mol Bio-oil H Bio oil N Bio oil x Cp Bio oil. dt FBiooil = x Cp( Bio BM Biooil 98 oil).dt 4,456 kg/jam = x 48,470kkal/kmol 16,146 kg/kmol = 71,469 kkal/jam CO H CO N CO x CpCO. dt 98

35 11 F 0 CO = x Cp BM CO 98 ( CO).dT 6,819 kg/jam = x 4,86 kkal/kmol 8,0105 kg/kmol = 78,1001 kkal/jam CO H CO N CO x CpCO. dt 11 0 FCO = x Cp BM CO 98 ( CO ). dt 98,716 kg/jam = x 44,5089 kkal/kmol 44,0147 kg/kmol = 99,846 kkal/jam CH H CH N CH x CpCH. dt 11 0 FCH 4 = x Cp BM CH ( CH 4 ). dt 5,9806 kg/jam = x 4,0451kkal/kmol 16,047 kg/kmol = 96,5416 kkal/jam H H H N H x CpH. dt 11 0 FH = x Cp BM H 98 ( H ). dt 1,4964 kg/jam = x 4,101 kkal/kmol,0016 kg/kmol

36 = 5,4941 kkal/jam Panas yang harus diserap oleh air pendingin : Q H 11 H 10 Q = (71, , , , , , , , , ,4765) kkal/jam = -.850,751 kkal/jam ( artinya pengeluaran panas ke air pendingin) Jumlah air pendingin yang dibutuhkan : K Q N H Cp. dt O (HO) 0K K F H O Q x Cp (H dt BM O). HO 0K Cp( H O). dt = 0 18,964J / mol. K 0 47,118J / mol. 0 1,878 J / mol =.56,100 j/mol 1kkal =.56,100 kj/kmol x 4,184 kj = 59,979 kkal/kmol ,4J / mol ,751 kkal/jam = F H O x 59,979 kkal/kmol 18,016 kg / kmol O F H = 818,511 kg/jam

37 Tabel LB.6 Panas Pada Condenser (E-07) Senyawa Panas Masuk (Kkal/jam) Panas Keluar (Kkal/jam) Alur 10 Alur 11 Umpan.51, Produk - 671,4 Air Pendingin -.850,751 - Total 671,4 671,4

38 LAMPIRAN C PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN LC. 1 Gudang (G) Fungsi Jenis Bahan konstruksi Jumlah : Tempat penyimpanan batang jagung. : Bak persegi panjang dengan tutup. : Beton bata dengan lantai semen. : 4 unit. Menghitung Ukuran Gudang (G) Laju alir massa, F = 560,475 kg/jam Densitas batang jagung, = 700 kg/m (Anonim, 007) Lama penampungan = 1 bulan Kebutuhan batang jagung (m) = 560,475 Volume batang jagung (V Bj ) = m kg jam = ,704 kg 0hari 4 jam x1bulan x x 1bulan 1hari ,704 kg 700kg / m = = 595,581 m Faktor kelonggaran, f k = 0 %, maka (Perry, 1999) Volume ruang (V) = (1 + f k ) x V Bj = (1 + 0,) x 595,581 m = 89,91 m Direncanakan gudang dibuat 4 unit, maka V G : V G = 89,91 m 4 =,0 m Dimensi ruang z = Panjang =,5 h l = Lebar = h sehingga,

39 V G = z x l x h =,5 h x h xh = 5 h V h = G 5,0 m 5 = =,5480 m maka, z =,5 h =,5 x,5480 m = 8,87 m l = h = x,5480 m = 7,096 m Sehingga, ukuran gudang sebagai berikut : z = Panjang = 8,87 m l = Lebar = 7,096 m h = Tinggi =,5480 m LC. Bak Penampungan (BK-101) Fungsi : Tempat batang jagung sebelum masuk ke Knife Cutter (KC). Jenis : Bak dengan dengan lantai semen Konstruksi : Beton bata kedap air Jumlah : 1 Unit Menghitung Ukuran Bak Laju alir massa (F) = 560,475 kg/jam Densitas ampas tebu ( 700 kg/m ( Anonoim, 007 ) Lama Penampungan = 4 Jam Faktor keamanan (f k ) = 0 % ( Perry, 1997 ) Sehingga Jumlah bahan masuk (W) = 4 jam x 560,475 kg/jam

40 Volume bak (V b ) Dimensi bak Diambil : = 1.895,6568 kg (1 f k ).W (1 0,) (1.895, kg/m =,811 m Panjang bak (P) 5 x tinggi bak ( t) kg) Lebar bak (L) 4 x tinggi bak ( t) Maka: V P. L. V (5t) (4t) ( t) t V 0t V t 0 = 1,0600,811 m 0 Sehingga, dari ukuran tinggi bak (t) di dapat dimensi lainnya sebagai berikut: P = 5 t = 5 1,0600 m = 5, m L = 4 t = 4 1,0600 m = 4,4 m

41 LC. Bucket Elevator (BE 10) Fungsi : Sebagai alat untuk mengangkut batang jagung dari bak batang jagung ke Knife Cutter (KC) Jenis : Vertical transport Bahan konstruksi : Carbon Steel Kondisi Operasi : 0 o C ; 1 atm Laju alir bahan baku : 560,475 kg/jam Jumlah alat : 1 (satu) buah Faktor kelonggaran : 0 % Kapasitas alat = 0, x 560,475 kg / jam 1 = 694,788 kg/jam = 0,695 ton/jam Dari Tabel 1 7 Perry, 1999, untuk kapasitas 0,695 ton/jam diperoleh : Kecepatan Belt = 00 ft/menit Lebar Belt = 14 ft = 4,67 m Panjang Belt = 0 ft = 6,096 m Tinggi Belt = L. Sin. ά = 0 Sin 0 = 6,84 ft Power Bucket Elevator = V (L.0,005 + H. 0,001) C Power Bucket Elevator = 14,77 ( 0 x 0, ,84 x 0,001),5 =,04 Hp Efisiensi Motor = 80 % Hp motor =,04/0,8 =,5 Hp Dimana : V = Kapasitas belt L = Panjang belt H = Tinggi belt C = Material faktor (,5)

42 LC.4 Knife Cutter (KC-10) Fungsi : Mengecilkan ukuran batang jagung sebelum masuk kedalam Vibrating screen. Jenis : Rotary knife Bahan konstruksi : Baja karbon Jumlah : 1 Unit Asumsi diameter awal umpan (batang jagung) = 100 mm = m Diameter akhir setelah proses = 1 mm = 1000 m Dari persamaan 1. (Walas, 1988) W 10W i (1/ d 1/ di ) Dimana : d i = diameter awal umpan d = diameter akhir umpan W i = tegangan dari material Berdasarkan tabel 1. dipilih untuk semua material W i = 1,81 (Walas, 1988) 1 1 Maka W 10 x 1,81( ) = 18,1 Kw x 0,0968 Hp/Kw = 1,7 Hp. = 14 Hp LC.5 Vibrating Screen (VS-104) Fungsi : Menyaring batang jagung yang telah dihaluskan oleh Knife Cutter (KC) sampai 1 mm. Jenis : Heavy duty vibrating screen. Bahan screen : High alloy steel SA 40 (04). Bahan konstruksi : Carbon steel SA 85 (C) Jumlah : 1 unit. Screen (VS)Menentukan Ukuran Vibrating Laju alir massa batang jagung (F Bj ) = 0,5605 ton/jam Faktor kelonggaran (f k ) = 0 % (Perry and Green, 1997) Ukuran partikel = 1 mm

43 Kapasitas (K) = F Bj (1 + f k ) = 0,5605 ton/jam (1 + 0,) = 0,6947 ton/jam Diamater lubang ayakan (z) untuk partikel 1 mm. z = 0,0040 in (Perry and Green, 1997) = 0,0040 in x 0,08 ft/in = 0,000 ft Kapasitas standart Vibrating Screen (VS), s = 6 ton/ft (Perry and Green, 1997) Luas ayakan (A) = = z K x s 0,6947 ton/jam (0,000ft) (6 ton/ft = 85,9444 ft x 0,099 m /ft = 5,854 m Didisain, perbandingan dari panjang ayakan (P) : lebar ayakan (L) = : 1 ) Lebar ayakan (L) = A 1 / 5,854 m = = 4,40 m Panjang ayakan (P) = L = x 4,40 m = 8,4680 m 1/ LC.6 Belt Conveyor (BC-105) Fungsi : Transportasi batang jagung ke dalam reactor pyrolisis (R-01). Jenis : Rotary Vane Feeder Bahan konstruksi : Carbon Steel Jumlah : 1unit Bahan masuk (batang jagung) = 560,475 kg/jam x = 1.76,419 lb/jam,046lb 1kg

44 Densitas batang jagung = 700 kg/m 1lb / ft x 16,0185kg / m = 4,6995 lb/ft Direncanakan dalam 1 proses cukup ditempuh 1/1 jam kerja (5 menit) Panjang screw conveyor diperkirakan = 5 m = 16,4040 ft 1.76,419 lb/jam Laju volumetrik conveyer x jam kerja 701,0 ft / 4,6995lb/ft 1/1 jam = 11,687 ft /menit Daya = Dimana CxLxWxF.000 : C = kapasitas conveyor (ft /menit) L = panjang conveyor (ft) W = berat material (lb/ft ) = 40 lb/ft (Walas, 1988) F = Faktor material = (Walas, 1988) Daya = 11,687 ft / menit x 16,4040 ft.000 x 40lb / ft x 0,4646 Hp LC.7 Tangki Fluidizing Gas (TK-0) Fungsi : Menyimpan fluidizing gas sebelum diumpankan ke Reaktor Pyrolisis (R-01). Desain : Berupa bejana (tangki) horizontal dengan tutup dan alas berbentuk segmen elips (ellipsoidal dished head). Bahan konstruksi : Carbon steel SA 85 (A). Jumlah : 1 unit. Menentukan Volume Tangki Fluidizing Gas (TK-0) Laju alir massa, F 8 = 16,07 kg/jam Lama penampungan = 1 jam kg Kapasitas tangki (W) = 16,07 x1 jam jam = 16,07 kg

45 V = dimana: n R T P V = volume gas (m ) n R T P n = = molar gas (kmol) = tetapan gas ideal = 0,081 m.atm/kgmol.k = temperatur (K) = tekanan (atm) = W BM 16,07 kg,5897 kg/kmol = 0,484 kmol T = o C = 05 K P = 1 atm = 14,6960 psi V = (0,484 kmol) (0,081m.atm/kgmol.K) (05 K) 1atm = 4,16 m Menentukan Dimensi Tangki Fluidizing Gas (TK-0) Volume tutup dan alas = Diambil: L/D i = 5/4 h/d i = 1/4 Volume tangki π Di (Brownell and Young, 1959) 4 = volume tutup dan alas + volume silinder π D π D i i = L 4 4 4,16 m x,14,14 x (5/4) = D i 4 4 4,16 m = 1,49 D i D i =,65 m

46 Diameter tangki (D i ) =,65 m x 9,7 in/m = 18,4446 in h = = D i 4,65 m 4 = 0,8156 m Panjang tangki (H) = L + h = (1,5 x,65 m) + (0,8156 m) = 5,709 m Material Tangki Fluidizing Gas (TK-0) : Carbon Steel SA 85 (A), dengan: Stress yang diizinkan (S) = 1100 psi ( o C) Efisiensi sambungan (E) = 0,9 Faktor korosi (C) = 0,006 in/tahun (Perry and Green, 1997) Umur alat (A) Tebal Silinder (t s ) = 18 tahun P R Tebal silinder (t s ) = SE 0,6P C A Tekanan operasi maksimum dinaikkan sebesar 10 %, maka: P = 14,6960 psi + 1,4696 psi = 16,1656 psi (Brownell and Young, 1959) (16,1656 psi) (18,4446 in/) t s = (0,006 in/tahun) (18 tahun) (1100 psi) (0,9) - 0,6 (16,1656 psi) = 0,111 in Tebal Head (t h ) Bentuk head = ellipsoidal dished head P D t h = C A SE 0,P (Brownell and Young, 1959) (16,1656 psi) (18,4446 in) = (0,006 in/tahun) (18 tahun) (1100 psi) (0,9) - 0, (16,1656 psi) = 0,110 in

47 LC.8 Compressor (C-0) Fungsi Jenis : Menyuplai fluidizing gas dari tangki fluidizing gas ke dalam Reaktor Pyrolisis (R-01). : Centrifugal compressor. Bahan konstruksi : Carbon steel SA 515 (70). Jumlah : 1 unit. Menentukan Daya Compressor (C-0) Temperatur masuk (T 1 ) Temperatur keluar (T ) = 0 o C = 0 o C Tekanan masuk (P 1 ) = 1 atm Tekanan keluar (P ) = 4 atm Laju alir massa, F 8 = 16,07 kg/jam Densitas FG ( FG ) = 1,5070 kg/m Laju alir volume fluidizing gas masuk (V 1 ) : V 1 = F 8 FG FG 16,07 kg/jam 1,5070 kg/m = 85,19 m /jam Laju alir volume udara keluar (V ) : Proses yang terjadi adalah isothermal (temperatur konstan), sehingga persamaan Boyle Gay Lussac dalam persamaan gas ideal, adalah P 1.V 1 = P.V (Walas,1988). P 1 V = V1 P 1 atm = x85,19 m /jam 4 atm = 17,0464 m /jam Kerja kompresor sentrifugal (W s ): W s = P 1 P ln P 1 (Perry and Green, 1997)

48 = 1 atm 1,5070 kg/m 4 atm ln 1 atm = 0,666 atm.m /kg x 5 1,01x10 N/m 1 atm = 67.4,588 N.m/kg = 67.4,588 J/kg Daya kompresor (P): Efisiensi kompresor () = 80 % (Perry and Green, 1997) P = = 8 W s.f Gas 67.4,588 J/kg x 16,07 kg/jam 0,8 = 4,8666 x 10 6 J/jam = 1.51,8 J/detik 1kW = 1.51,8 W x 1000W = 1,818 HP 1HP x 0,7457 kw LC.9 Combuster (E-0) Fungsi : Untuk memanaskan reaktor sampai suhu C (75 K). Kondisi Operasi: Suhu Umpan : 0 K Suhu Ref : 98 K Tekanan : 1 atm Panas yang dibutuhkan : 1btu 1000kal Q = 69.94,409 kkal/jam x x 5,16 kal 1kkal =.55.7,96 Btu/jam

49 Metode Perhitungan Metode Lobo Evans (Kern, 1950) Ketentuan: 1. Suhu rata-rata tube = suhu reaktor + aproach (dipakai aproach 50 K) Maka suhu rata-rata tube, Ts = = 80 K = 986 o F. Efisiensi panas overall diperkirakan 60%. Flux panas rata-rata pada seksi radiasi 100 Btu/Jam.ft (Kern, 1950) Total panas yang dibutuhkan, Qt = Q/60%.55.7,96 Btu/jam = 60% = ,876 Btu/jam = 4,54 MBtu/jam Fuel gas pada 5 % excess udara, fig 1.6 evans dicatat 1010 lb/mbtu Jadi kebutuhan gas Spesifikasi pipa yang dipakai: Diameter luar, (OD) =,5 in Diameter dalam, (OD) =,9 in Nominal size = in Schedule number = 80 Panjang pipa, (L) = 0 ft = Qt x 1010 lb/mbtu = 4,54 MBtu/jam x 1010 lb/mbtu = 4.67,654 lb/jam = 4.67,654 lb/jam 600 s/jam = 1,1854 lb/s Area permukaan, transfer panas setiap pipa, (At): At = OD.. L 1,5 =, = 18,167 ft

50 Perkiraan jumlah tube yang dibutuhkan, (Nt) Nt = Qt flux. At ,876 Btu/jam ,167 ft = = 19,405 tube Dipakai jumlah tube, (Nt) 19 tube dengan Single Row Arrangement Sehingga Combuster dapat digambarkan: Pitch (jarak antar pipa), (PT) dipakai 1,5 x OD PT = 1,5 x,5 = 5,5 in Ukuran Combuster : 1. Tinggi Combuster, (H) H = OD x 56 + (56-1) x (PT OD) =,5 x x (5,5,5) 9,5 in = 1in / ft (1 ft = 1 in) = 4,54 ft Dipakai over design 10%, maka tinggi furnace: H = 1,1 x 4,54 ft = 6,7896 ft Maka dipakai tinggi furnace 7 ft. Panjang Combuster, (L) L = OD x 80 + (80-1) x (PT OD) =,5 x x (5,5,5) 418,500in = 1in / ft = 4,854 ft Dipakai over design 10%, maka panjang furnace: L = 1,1 x 4,854 ft = 8,96 ft Maka dipakai panjang furnace 8 ft

51 . Lebar Combuster, (l) = Panjang pipa = 0 ft Permukaan Dingin Ekivalen, (A cp ) A cp = PT 1in / ft x Panjang pipa = 5,500in x 0 ft 1in / ft = 8,7500 ft PT/OD = 1,5 in Dari fig (Kern, 1950), untuk Single Row Arrangement diperoleh: α = 0,975 α. A cp setiap tube = 0,975 x 8,7500 ft = 8,51 ft α. A cp = Nt x α. A cp setiap tube = 19 x 8,51 ft = 1.69,0096 ft Area Refractory: 1. Dinding samping = x H x l = x 7 x 0 = ft. Lantai dan Atas = x L x l = x 8 x 0 = 1.50 ft. End Wall = x H x L = x 7 x 8 =.05 ft Total Area Reafractory, (Ar) = 4.65 ft Corrected Refractory Surface, (A R ) A R = A r - α. A cp = ,0096

52 A. A =.01,9904 ft R cp 1,88 Mean Beam Length: Dimensi furnace = l x L x H = 0 ft x 8 x 7 ft = 0.50 ft Ratio dimensi = 4 : 7,6 : 5,4 Dari tabel 19.1 (Kern,1950) untuk rectangular furnace Mean length, L / volumefurnace Volume = 0 ft x 8 ft x 7 ft = 0.50 ft Diperoleh Mean length, = 0.50 = 18,516 ft Dipakai Flame Emissivity 0, 4999 (Kern, 1950) G Overall, Exchange Factor, fungsi AR G 0,4999 dan 1,88. A dari fig (Kern, 1950) diperoleh 0, 7 Check suhu gas diperlukan: Suhu Cold Surface (pipa), Ts = 986 o F Q =. Acp..55.7,96 Btu/jam 1.69,0096 ft 0,7 = 09,7604 Btu/jam.ft Dari fig (Kern,1950) diperoleh suhu flue gas dibutuhkan, Tg = 1470 F (pada radian section) Penentuan tebal dinding Combuster: Dinding furnace berupa Refractory Brick Konduktivitas, (k) pada 1470 F: k = 0,7 Btu/Jam.ft.F (Brown, 1950) cp

53 Dipakai suhu permukaan dinding luar = 00 o C atau 9 o F Untuk menghemat panas, suhu masih cukup tinggi sehingga disekitar furnace diberi pengaman. Panas Hilang, (Q loss ) Q loss = = (1470 9) k X (1470 9) 0, 7 X = 754,6000 X Btu/Jam.ft Panas hilang secara konveksi alamiah ke lingkungan Q loss = (hc+hr) (9-86) hr = Koefisien transfer panas radiasi ke lingkungan. dibaca dari fig 10.7 (Perry,1984) sehingga diperoleh hr pada 9 F =,7 Btu/J.ft. o F hc = 0,8 (9-86) 0,5 L -0,5 persamaan 10.4 (Perry,1984) untuk vertical surface L = mean beam length = 14,48 ft hc = 0,8 (9-86) 0,5 14,48-0,5 = 0,600 Btu/Jam.ft. o F hc = koefisien transfer panas konveksi ke lingkungan Qloss = (0,600 +,7) (9-86) = 1010,055 Btu/Jam.ft Tebal dinding, ( X) 754,6000 X = 1010,055 = 0,7471 ft 1in = 0,7471 ft x = 8,9651 in 1 ft = 0,7471 ft x Dipakai tebal dinding Combuster 1/4 m. 1m = 0,77 m =,77 cm,808 ft LC.10 Reaktor Pyrolysis (R-01)

54 Fungsi : memanaskan remah jagung (corn stover) pada suhu 480 o C sehingga terbentuk bio-oil, gas, dan arang. Jenis : fluidized bed Tank Reaktor Desain : silinder tegak dengan alas datar dan tutup tutup ellipsoidal Bahan konstruksi : High alloy steel SA 85 grade A Jumlah : 1 unit. Temperatur masuk = 0 o C = 0 K Temperatur keluar = 480 o C = 75 K Tekanan operasi = 405, kpa = 4 atm = 58,784 psia (C 10 Reaksi H 1 O 4 yang ) 10 terjadi: C 6,0C H 8 O (l) + 66,976C+ 6,404CO +,85CO +4,159CH 4 + 9,74H + 17,16 H O Laju alir massa = 487,000 kg/jam Densitas Campuran ( campuran ) = Σ%berat ρ =,059 kg/m Waktu tinggal () reactor = dtk (Hambali,007) Faktor keamanan = 0 % Perhitungan a. Volume bahan, Volume bahan (V l ) = υ 0 x = 487,000 kg/jam x 0,0006 jam = 0,0 m Faktor kelonggaran = 0% Volume tangki, Vt = V 1 1, = 0,0 1, = 0,66 m b. Tinggi tangki dengan diameter tangki Volume shell tangki (V s ) : V s = /4 Ds H s Asumsi: D s : H s = : V s = /8 Ds

55 Volume tutup tangki (V e ) V e = /6 Ds H e Asumsi: D s : H e = 4 : 1 V e = /4 Ds Volume tangki (V) Vt = Vs + Ve Vt = 10/4 Ds 0,66 m = 10/4 Ds Ds = 0,9659 m = 8,076 in Hs = 1,4488 m c. Diameter dan tinggi tutup Diameter tutup = diameter tangki = 0,9659 m Tinggi head, He = ¼ x Ds = 0,415 m Jadi total tinggi tangki, Ht = Hs + He = 1,690 m d. Tebal shell tangki dimana : t = t = tebal shell (in) (., ) + nc P = tekanan desain (psi) R= jari-jari dalam tangki (in) = D/ S = Allowable working stress = 1700 psia C = Corrosion allowance = 0,015 in/tahun E = efisiensi sambungan = 0,85 n = umur tangki = 10 tahun Volume bahan (V l ) = 0,0 m Volume tangki, Vt = 0,66 m Tinggi larutan dalam tangki =, Tekanan Hidrosatatik P Hidrosatatik = ρ x g x h =,059 x 9,8 x 1,4087, = 8,554 kpa = 4,157 psia Faktor keamanan = 0% x 1,690 m = 1,4087 m (Peters et.,al,.004) (Peters et.,al,.004) (Peters et.,al,.004)

56 Maka P desain = (1 + 0,) x (P hidrosatatik + P 0 ) Tebal shell tangki : t = = (1 + 0,) x (4,157 psia + 58,784 psia) = 75,596 psia (.,) + nc t = 75,596 x 8, tahun x 0,015 (1700psia x 0,85-0,6 x 75,596) t = 0,49 Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,49 in Maka tebal shell standar yang digunakan = ¼ in (Brownell & Young,1959) LC.11 Cooler (E-04) Fungsi Jenis Desain Bahan konstruksi Jumlah : Mendinginkan gas yang berasal dari Reaktor Pyrolisis (R-01) sebelum masuk ke Cyclone (C) menggunakan air pendingin. : Double pipe heat exchanger. : 1(1/4) x in IPS (Sch. 40), hairpain, panjang total (L) 90 ft. : Low alloy steel SA 0 (A). : 1 unit. Referensi perhitungan dari Kern, (1). Neraca Panas Panas masuk (H 7 ) + Air Pendingin = Panas keluar (H 8 ) ,8646 kkal/jam + (-5.15,96 kkal/jam) = 5.745,90 kkal/jam Maka, Fluida panas (gas): 7 Q fluida panas H Q fluida panas ,8646 kkal/jam ,8646 kkal jam x 1 Btu 0,516 kkal = 1.89,0709 Btu/jam Kecepatan massa masuk (F 7 ) 567,6780 kg/jam

57 66,8844 kg jam x 1 lb 0,4559 kg = 1.404,0971 lb/jam Temperatur awal (T 1 ) = 480 o C = 896 o F Temperatur akhir (T ) = 195 o C = 8 o F Fluida dingin (air pendingin): Q fluida dingin 5.15,96 kkal/jam 5.15,96 kkal jam x 1 Btu 0,516 kkal = ,618 Btu/jam Temperatur awal (t 1 ) = 0 o C = 86 o F Temperatur akhir (t ) = 140 o C = 84 o F Tabel LC.1 Temperatur Fluida Panas dan Dingin Cooler (E-04) Fluida panas ( o F) Temperatur fluida Fluida dingin ( o F) Selisih ( o F) 896 Temperatur tinggi Temperatur rendah Selisih (). Perhitungan LMTD Aliran Counter Current ( T1 t) ( T t1) LMTD (Kern, 1965) ln[( T t ) /( T t )] 1 dimana : T 1 = temperatur fluida panas masuk ( o F) T = temperatur fluida panas keluar ( o F) t 1 = temperatur fluida dingin masuk ( o F) t = temperatur fluida dingin keluar ( o F) 1 LMTD (896-84) - (8-86) o F ln (896-84)/(8-86) 45,6846 o F (). Perhitungan Temperatur Kalorik Asumsi : t c = t av dan T c = T av. T c T1 T

58 o (896 8) F 69,5 o F t c t1 t o (86 84) F 185 o F Penempatan Fluida Aliran massa gas lebih besar dibandingkan dengan air pendingin, sehingga: Fluida dingin (air pendingin) dalam pipa (pipe side) Fluida panas (gas) dalam anulus (annulus side) Pipa : fluida panas (gas) (4). Luas Aliran (a p ) D 1,800 in (Tabel 11,Kern 1965) 1,800 in 0,1150ft 1 ft x 1 in a p D 4,14 (0,1150 ft) 4 0,0104 ft (5). Kecepatan Massa (G p ) G p w a p dimana : w = F ,0971 G p 0,0104 ft lb/jam ,65lb/jam.ft

59 (6). Pada t = 185 o F 0,00 cp (Figure 14, Kern 1965) 0,00 cp x,4 lb/jam.ft 1 cp Re p 0,7986 lb/jam.ft D G p 0,1150 ft x15.009,65 lb/jam.ft 0,7986 lb/jam.ft = ,6150 (7). L/D 15ft/0,1150ft = 10, j H 10 (Figure 4, Kern 1965) (8). Pada t = 185 o F c 0, 100 Btu/lb. o F (Figure, Kern 1965) k 0,01 Btu/jam.ft. o F (Tabel 5, Kern 1965) c x k 1/ o 0,100 Btu/lb. F x 0,7986 lb/jam.ft o 0,01 Btu/jam.ft. F 1,96 1/ (9). hi p j H x k D c x x k 1/ o 0,01 Btu/jam.ft. F (10) x 0,1150 ft 6,6708 Btu/jam.ft. o F x (1,96) Anulus : fluida panas (gas) (4'). Luas Aliran (a a ) D ID / 1,0670 / 1 0,17ft (Tabel 11, Kern 1965 ) D 1 OD / 1 1,6600 / 1 0,18ft (Tabel 11, Kern 1965) D1 ( D a a 4 )

60 ,14(0,17 4 0,18 ) 0,008 ft ( D D1 ) D e D1 (0,17 0,18 ) 0,18 0,0761ft (5'). Kecepatan Massa (G a ) G a W aa dimana : W = F ,0971 lb/jam 0,008ft G a = ,5 lb/jam ft (6'). Pada T = 69,5 o F Re e (7'). L/D 0,0549 cp (Figure 15, Kern 1965) 0,0549 cp x 0,19 lb/jam.ft D e.g a,4 lb/jam.ft 1 cp 0,0761 ft x ,5 lb/jam.ft 0,19 lb/jam.ft = , ft/0,0761ft = 196, j H 10 (Figure 4, Kern 1965) (8'). Pada T = 69,5 o F c 1,85Btu/lb. o F (Figure, Kern 1965) k 0,0676 Btu/jam.ft. o F (Tabel 5, Kern 1965)

61 c x k 1/ o 1,85 Btu/lb. F x 0,19 lb/jam.ft o 0,0676 Btu/jam.ft. F 1,619 1/ (9'). h o a j H x k D e c x x k 1/ (10) x o 0,0676 Btu/jam.ft. F 0,0761 ft x (1,619) 5,896 Btu/jam.ft. o ho/ a t w tc ( Tc tc) h / h / io p o a 5, ( 69,5 185) ( 6,6708 5,896) 596,945 o F F w 0,0151 cp (Figure 15, Kern 1965) 0,0151 cp x 0,065 lb/ft.jam,4 lb/jam.ft 1 cp a w 0,14 0,14 0,19 lb/ft.jam 0,065 lb/ft.jam = 1,198 1 h o h o a. a 5,896Btu/jam.ft 5,896Btu/jam.ft. o. o F F x 1 (10). Koreksi h io terhadap Permukaan hio p hi x p ID OD 6,6708 Btu/jam.ft. o F x 0,17ft 0,18ft

62 t w w o,76 Btu/jam.ft. F 596,945 o F 0,010 cp (Figure 15, Kern 1965) 0,010 cp x,4 lb/jam.ft 1 cp 0,0508 lb/ft.jam p h io w 0,14 0,19 lb/ft.jam 0,0508 lb/ft.jam = 1, h io p p 0,14 o,76 Btu/jam.ft. F x 1,76 Btu/jam.ft. o (11). Koefisien Keseluruhan Bersih (U C ) U C ( h ( h io io x ho ) h ) o F (,76 x 5,896) (,76 5,896) 9,8 Btu/jam.ft. o F (1). Koefisien Keseluruhan Desain (U D ) 1 U D 1 U C R d R d 0, ,000 = 0,0050 (Tabel 1, Kern 1965) 1 U D U D 1 9,8 Btu/jam.ft 0,09 jam.ft. o F/Btu 1/ 0,09 jam.ft. o. F o F/Btu 0,0050 5,6186Btu/jam.ft. o F

63 (1). Luas Permukaan yang Dibutuhkan (A) Q A UD. A. Δt Q U.Δ D t 1.89,0709 Btu/jam o (5,6186Btu/jam.ft. F)(454,5 6,87ft o Dari Tabel 11 untuk 1(1/4) in IPS, luas permukaan luar per ft panjang = 0,450 ft /ft 6,87 ft Panjang yang dibutuhkan = 61,7754 ft 0,450ft /ft Hairpain 61,7754 ft =,059 ( x15ft) Berarti dapat digunakan x 15 ft hairpain dengan panjang total adalah x x 15ft = 60 ft (14). Luas Permukaan Baru (A) F) A 0,450ft /ft x 60 ft 6,1 ft Koefisien desain aktual (U D ): U D 1.89,0709 Btu/jam o (6,1 ft ) (454,5 F) R d = 6,767 Btu/jam.ft. o F ( U C U ( U. U C D ) ) D (9,8 6,767 ) (9,8 x 6,767 ) 0,0056 jam.ft. o F/Btu R d 0,009 Pressure Drop (P) Pipa : fluida dingin (air pendingin)

64 (1). Untuk Re p = 1.800,015 0 (aliran turbulen) f 0,64 0,005 0, 4 (Re ) p 0,64 0,005 0,4 (1.800,0150 ) 0,008 s 1 (Tabel 6, Kern 1965) 6,5 x 1 6, 5 lb/ft (). F p (4 f. GP. L) (. g.. D) (4) (0,008) ( 61.8,8846 ) (60) 8 () (4,18x10 ) (6,5 ) (0,1150) P P =,794 ft F P. 144 (,794 ) (6,5 ) 144 = 0,59 psi P P yang diizinkan = 0,5-10 psi Anulus : fluida dingin (air pandingin) (1'). D e untuk Pressure Drop Berbeda dengan Heat Transfer D e D D1 0,17 ft 0,18ft 0,09 ft Re a ' D.G e a 0,09 ft x 76.7,060 lb/jam.ft 0,19 lb/ft.jam f = 19.57,998 (aliran turbulen) 0,64 0,005 0, 4 (Re ) p 0,64 0,005 0,4 (19.57,998 )

65 = 0,0077 s 0,9570 ( 6,5 x 0, ,815 lb/ft (4 f. Ga. L) ('). F a ' (. g.. ) D e (4) (0,0077) (76.7,060 ) ( 60) 8 () (4,18 x10 ) (59,815 ) (0,09) = 0,0108 ft ('). V G a , x 59,815 = 0,564 ft/s V (4'). F 1 x ' g 0,564 x x, = 19,674 ft ( F P ) a F1 a 144 ( 0,006 19,674) 59, = 11,169 psi P a yang diizinkan = 10 psi ( Pa hitung > Pa yang diizinkan)

66 LC.1 Cyclone (CY-05) Fungsi : Memisahkan karbon aktif yang masih ada pada gas yang berasal dari Reaktor Pyrolysis Jenis : Duclone collector A-A. Bahan konstruksi : Carbon steel SA 515 (70). Jumlah : 1 unit. Menentukan Dimensi Cyclone (CY-05) D pc = 9 Bc π N v ( ) e c s (Perry, 1997) dimana: D pc D p B c N e v c : ukuran diameter partikel yang bisa lolos dari ayakan (ft) : ukuran diameter partikel yang tidak diizinkan lolos (ft) : lebar inlet dust (ft) : efektivitas dari Cyclone : kecepatan gas masuk Cyclone (ft/s) : viskositas gas (lb/ft.s) s : densitas material abu (lb/ft ) : densitas gas (lb/ft ) c : diameter Cyclone (ft) Dari Perry and Green (1997) data yang dibutuhkan: N e = D p v c = 0,000 ft = 50 ft/s cyclone = 0,99 D p /D pc = 5 D pc = D p /5 = 0,000 ft 5 = 0,00006 ft

67 Material Cyclone yang masuk: Gas = 6,95 kg/jam Karbon aktif (C) = 7,660 kg/jam Data densitas: Gas = 0,0015 gr/cm 6,4 lb / ft x 1 gr / cm = 0,0941 lb/ft carbon aktif =,670 g/cm 6,4 lb / ft x 1 gr / cm = 141,588 lb/ft ( T7G47714-description.html, 00) Gas pada 195 o C = 0,0149 cp x 0,0007 (lb/ft.s)/cp = 0,00001 lb/ft.s (Kern, 1965) D pc = 0,00006 = 9 Bc π N v ( ) e c s 9(0,00001) Bc (,14)()(50) (141,588 0,0941) B c = 1,887 ft = 0,574 m D c = 4 B c = 4 x 1,887 ft = 7,549 ft =,967 m Sehingga dari perhitungan di atas, maka dapat diketahui data desain Cyclone lainnya, yaitu: D e = 0,500D c = 0,500 x 7,549 ft =,7675 ft = 1,148 m H c = 0,500D c = 0,500 x 7,549 ft =,7675 ft = 1,148 m L c =,000D c =,000 x 7,549 ft = 15,0699 ft = 4,594 m S c = 0,15D c = 0,15 x 7,549 ft = 0,9419 ft = 0,871 m Z c =,000D c =,000 x 7,549 ft = 15,0699 ft = 4,594 m J c = 0,50D c = 0,50 x 7,549 ft = 1,887 ft = 0,574 m Menghitung Pressure Drop pada Cyclone P i = 0,01.. v c (Perry and Green, 1997)

68 dimana: P i = pressure drop (in H O) = densitas gas (lb/ft ) v c = kecepatan gas (ft/s) Kecepatan gas masuk Cyclone = 0 s/d 70 ft/s (Perry and Green, 1997) Desain umumnya menggunakan kecepatan (v c ) = 50 ft/s P i = 0,01 x 0,0941 lb/ft x (50 ft/s) =,0577 lb/ft.s =,0577 in H O x 0,061 psi/in H O = 0,1104 psi LC. 1 Tangki Penampung Arang (TK-06) Fungsi Jenis Bahan konstruksi Jumlah Laju alir massa, F : Tempat menampung arang hasil pemisahan dari cyclone : Tangki berbentuk silinder, alas berbentuk kronis dan tutup berbentuk datar : Carbon Steel SA- : 1 unit. = 7,660 kg/jam Densitas arang, =,670 gr/cm =.67 kg/m (Roberts, 199) Lama penampungan Kebutuhan arang (m) = = 7 hari 7,660 kg jam 4 jam x7 harix 1hari Volume arang (V A ) = 7.54,78 kg = m Faktor kelonggaran, f k Volume Tangki (V) 7.54,78 kg.67 kg / m = =,7 m = 0 %, maka = (1 + f k ) x V A = (1 + 0,) x,7 m =,996 m

69 Tangki dirancang berbentuk silinder tegak, perbandingan tinggi silinder dengan diameter silinder : 4 Volume silinder, V 1 = xd xhi 4 4 = D x D 4 = 1,0467 D 4 ; h i = D (Hesse,1959) Volume konis, V = x ( D + D x m + m ) * h (Hesse,1959) Tinggi konis, h = tg x (D-m) (Hesse,1959) m = D, maka : h = ( ) =, ( ) = 0,175 D Sehingga : V = x D + D 1 4 D D 0,175 D = 0,155 D Volume tangki = V 1 + V,996 m = 1,0467 D + 0,155 D,996 m = 1,17 D D =,996 m 1,17 D D = 1,5046 m = 1,5046 m x 1 in 0,054m = 59,6 in r 1 D 1 x 59,6 in 9,6181 in h 1 = x D

70 = x 59,6 in = 78,9816 in x 0,054m 1 in h =,0061 m = 0, x D = 0, x 59,6 in 0,054m = 1,00 in x 1 in = 0,10 m Tinggi tutup dished head Asumsi dished head adalah Stainless Steel, E=1 Crown radius, Rc = D 6 in = 59,6 in 6 in = 5,6 in Rc Rc D Tinggi tutup, h = 4 = 5,6 in 5,6 in 59,6 in 4 = 7,6844 in x 0,054m 1 in = 0,195 m Tinggi tangki total, H = h 1 + h + h = 78,9816 in + 1,00 in + 7,6844 in 0,054m = 99,698 in x 1in =,5 m Tekanan disain, P D = x ( H-1 ) (Brownell,1969) =.67 kg/m x (,5 1 ) m =,477 kg/m 0,0014psi x 1kg/m

71 = 4,9407 psi Tekanan total disain, P t Tebal plat minimum, t Dimana : = P D + 14,7 psi = 4,9407 psi + 14,7 psi = 19,6407 psi t Pt x 0, D Cn (Brownell,1969) FE 0,6 P t P t = Tekanan total disain = 19,6407 psi D = Diameter tangki = 59,6 in E = Efisiensi sambungan = 85 % (Hesse,1969) F = allowable stress = psi (Brownell,1969) C = faktor korosi = 0,06 in (Brownell,1969) N = umur alat = 0 tahun 19,6407 psix0,x59,6 in x psix0,85 0,6x19,6407 Jadi, t t = 0,06 inx0tahun = 1,117 in x = 0,008 m Spesifikasi tangki : 0,054 m 1in Diameter tangki = 1,5046 m Tinggi tangki Tebal tangki Tinggi tutup Tinggi konis =,5 m = 0,008 m = 0,195 m = 0,10 m psi Bahan konstruksi = Carbon steel SA- Faktor korosi = 0,06 in/tahun

72 LC.14 Condensor (E-07) Fungsi : menurunkan temperatur serta merubah fasa uap sebagian produk reaktor menjadi fasa cair Fluida Panas : Produk reaktor (Shell) W 1 = 441,4507 Kg/jam = 97,7 lb/jam T 1 = 195 C = 8 F T = 0 C = 86 F Fluida Dingin : Air (Tube) W 1 = 76,4406 kg/jam = 1.680,906 lb/jam t 1 = 9,9 C = 85,8 F t = 90 C = 194 F Perhitungan design sesuai dengan literatur pada Kern 1. Beban Panas Condenser Q =.850,751 Kkal/jam = ,1595 Btu/jam. LTMD Fluida Panas Fluida Dingin Selisih 8 F Suhu tinggi 194 F Δt : 189 F 86 F Suhu rendah 85,8 F Δt 1 : 0,18 F 97 F ΔT Selisih Δt 108,18 F 188,8 F LMTD (Δt)= t - t1 ln ( t / t F- 0,18F = ln (189F / 0,18F = 7,148 F