LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA

Transkripsi

1 LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA Pada Pra Ranangan Pabrik Pembuatan Metana Cair dari Sampah Organik dengan kapasitas bahan baku sampah organik sebanyak kg/hari, dengan kapasitas per jam kg/jam, digunakan perhitungan neraa massa alur maju. Basis perhitungan Kapasitas sampah organik Operasi pabrik per tahun : jam operasi : kg/jam : 0 hari LA. Thresser (C-0) Fungsi: untuk memperkeil ukuran sampah organik dengan proses pemotongan / penaahan menjadi 0,-0,5 m. Sampah Organik Sampah Organik F = F = kg/jam C-0 LA. Tangki Penampung (F-0) Fungsi: untuk mengumpulkan bahan baku sampah organik yang telah dihanurkan sebelum difermentasi di Fermentor. Sampah Organik Sampah Organik 4 F-0 F = F 4 = kg/jam

2 LA. Fermentor (R-0) Fungsi: sebagai tempat berlangsungnya proses fermentasi sampah organik. F = F + F 7 Tabel LA. Tabel Komposisi Sampah Organik Komposisi % Massa Karbohidrat (C 6 H O 6 ) 65 Air (H O) 0 Nitrogen (N),6 Sulfat (S) 0, Abu, Total 00 (Dinas Kebersihan Kota Medan, 009) Asumsi : Ampas = N + S + Abu = 5% F karbo = 00 F HO = 0 00 F ampas = 00 F =.000 kg/jam F =.000 kg/jam F =.000 kg/jam Reaksi Metanogenesis: bakteri C 6 H O 6 (s) 4 CH 4 (g) + CO (g) + H O (g) + H S (g) % Massa komponen : CH 4 =,7% CO = 68% (Arati, 009) H O = 0,89% H S = 0,0% Bakteri yang berperan dalam reaksi ini adalah bakteri Methanobaterium.

3 Asumsi : karbohidrat yang bereaksi adalah 80% F karbo =.000 kg/jam F CH4 =, F CO = 00 F HO = 0,89 00 F HS = 0,0 00 F karbo F karbo 0,8 =.9,8 kg/jam 0,8 = 7.07 kg/jam F karbo 0,8 = 0,0 kg/jam F karbo 0,8 =,44 kg/jam F = F CH4 + F CO + F HO + F HS = kg/jam 7 F karbo 7 F ampas 7 F HO F 7 = F karbo 0, =. 00 kg/jam 7 = F ampas + F karbo = F HO =.000 kg/jam 7 = F ampas 7 + F HO =. 00 kg/jam = kg/jam Tabel LA. Neraa Massa Fermentor Komponen Alur Masuk (kg/jam) Alur Keluar (kg/jam) C 6 H O H O , CO H S -,44 - Ampas CH ,8 - Subtotal Total

4 LA.4 Filter Press (H-0) Fungsi: untuk memisahkan air dari ampas sisa fermentasi. 7 Ampas (s) H O (l) H-0 H O (l) Ampas (s) 8 9 Ampas (s) H O (l) F 7 = F 8 + F 9 Asumsi: Efisiensi Filter Press = 90% 8 F HO 8 F ampas 7 = 0,9 F HO 7 = 0, F ampas =.400 kg/jam = 0 kg/jam F 8 8 = F ampas 8 + F HO =.7 0 kg/jam 9 F ampas 9 F HO F 9 7 = 0,9 F ampas 7 = 0, F HO 9 = F ampas 9 + F HO =.40 kg/jam = 00 kg/jam =.840 kg/jam Tabel LA. Neraa Massa Filter Press Komponen Alur Masuk (kg/jam) Alur Keluar (kg/jam) H O Ampas Subtotal Total

5 LA.5 Adsorber I (D-0) Fungsi: untuk memisahkan H S dari gas bio dengan Fe O. 0 CH 4 (g) CO (g) H O (g) D-0 6 CH 4 (g) CO (g) H O (g) H S (g) Asumsi: Efisiensi Adsorber I = 99% Reaksi : Fe O + 6 H S Fe S + 6 H O 0 F CH4 0 F HO 0 F CO F 0 0 = F CH4 = F CH4 =.,8 kg/jam = F HO = 9,7 kg/jam = F CO = 7.00,8 kg/jam 0 + F HO 0 + F CO = 0.94,8 7 kg/jam Tabel LA.4 Neraa Massa Adsorber I Komponen Alur Masuk (kg/jam) Alur Keluar (kg/jam) 6 0 Adsorben (Fe O ) CH 4.96,8.6,8,968 CO ,8 70,7 H S,44 -,44 H O 0,056 9,755 0,0 Subtotal ,867 05, Total

6 LA.6 Adsorber II (D-0) Fungsi: untuk memisahkan H O (g) dari gas bio dengan silika gel. CH 4 (g) CO (g) D-0 0 CH 4 (g) CO (g) H O (g) Asumsi: Efisiensi Adsorber II = 99,9% F CH4 F CO F = F CH4 0 = 0,999 F CH4 0 = 0,999 F CO + F CO =. 0, 8 =.994,79 = 0. 4,847 kg/jam Tabel LA.5 Neraa Massa Adsorber II Komponen Alur Masuk (kg/jam) Alur Keluar (kg/jam) 0 Adsorben (Silika Gel) CH 4.6,8.60,568,64 CO 7.00, ,79 7,00 H O 9,755-9,755 Subtotal 0.94, ,847 40,0 Total 0.94, ,867

7 LA.7 Membran Kontaktor Hollow Fiber (D-0) Fungsi: untuk memisahkan CO dari gas bio yang dihasilkan, dimana gas CO diserap oleh air. a H O (l) CH 4 (g) CO (g) CH 4 (g) D-0 b H O (l) CH 4 (g) CO (g) F + F a = F + F b Asumsi: Efisiensi Membran Kontaktor Hollow Fiber = 99% P A =.700 m STP m s m mhg P B = 800 m STP m s m mhg (Geankoplis, 00) (Geankoplis, 00) α* = P A P B =,7 L f : F 9 = 0. 4,847 kg/jam x f 9 : x CO = F 9 CO F 9 = 0, 8 Massa CO dipulihkan x o b : F CO : x CO =.994,79 kg/jam = F CO F = 0 Massa CH 4 dipulihkan L o Diatur : r = P l P h = =,0 b : F CH4 = 0,0 F CH4 : F = F b - F CO P tube = P h = atm = 00 kpa P shell = P l = atm = 00 kpa b - F CH4 =, 0 kg/jam =.7,9 kg/jam

8 a = α* =,75 = -,75 (Geankoplis, 00) b = - + α* + (/r) + x/r (α*-) (Geankoplis, 00) Untuk: x = x f b = 4,995 x = x o b =,75 = -α*x/r (Geankoplis, 00) Untuk: x = x f = -,0 x = x o = 0 y = b + 4a a y f = 0,067 y o = 0,7 Fraksi airan keluaran (y p ) = y b CO = y av = (y f +y o )/ = 0,89 Neraa massa komponen : L f x f = L o x o + V p y p (0.54,847)(0,68) = (.7,96)(0) + V p (0,89) 0,89 V p = 6.99,806 V p = 6.99,806 / 0,89 V p = 7.989,765 kg/jam F b = V p = 7.989,765 kg/jam b F HO F a = F b b F CO a = F HO b = F HO b F CH4 = 0.9,88 kg/jam = 0.9,88 kg/jam Keterangan: P A = Permeabilitas CO P B = Permeabilitas CH 4 α* = Faktor separasi L f = Laju gas masukan L o = Laju gas keluaran

9 x f = Fraksi CO pada gas masukan x o = Fraksi CO pada gas keluaran P h = Tekanan pada alur masukan P l = Tekanan pada alur keluaran y p = Fraksi airan keluaran (Geankoplis, 00) Tabel LA.6 Neraa Massa Membran Kontaktor Hollow Fiber Komponen Alur Masuk (kg/jam) Alur Keluar (kg/jam) a b CH 4.60,568 -,606.7,96 CO 6.994, ,79 - H O , ,88 - Subtotal 0.54, , ,765.7,96 Total.7,77.7,77 LA.8 Tangki Akumulasi (F-40) Fungsi: untuk menampung sementara gas metana sebelum masuk ke proses penairan gas Claude. Pada metode penairan gas Claude, jumlah metana yang menair adalah, % dari metana yang masuk ke sistem Claude. (Smith, et all, 005) CH 4 (g) CH 4 (g) 5 CH 4 (g) F-40 F + F = F F =.7,9 kg/jam F CH4 = F CH4 0, = 8.,04 kg/jam

10 F = F CH4 = F CH4 F CH4 F =.8,077 kg/jam Tabel LA.7 Neraa Massa Tangki Akumulasi Alur Masuk (kg/jam) Alur Keluar (kg/jam) Komponen 5 CH 4.7,96 5.8, ,04 Total 8.566, ,04 LA.9 Kompresor (G-4) Fungsi: untuk meningkatkan tekanan metana dari atm menjadi 59,5 atm (60 bar) dan suhu dari,5 o C menjadi 05 o C. G-4 4 CH 4 (g) CH 4 (g) F 4 = F 4 F CH4 F CH4 = F CH4 = 8.,04 kg/jam LA.0 Cooler (E-40) Fungsi: untuk menurunkan suhu metana dari 05 o C menjadi 7 o C. H O (l) CH 4 (g) 4 5 CH 4 (g) E-40 d H O (l) F = F 4 F CH4 F CH4 4 = F CH4 = 8.,04 kg/jam

11 Tabel LA.8 Neraa Massa Cooler Komponen Alur Masuk (kg/jam) Alur Keluar (kg/jam) 4 d 5 CH , ,04 H O - 87.,44 87.,44 - Total 5.697, ,48 LA. Heat Exhanger I (E-40) Fungsi: untuk menurunkan suhu metana dari 7 o C menjadi -0 o C. 4 CH 4 (g) CH 4 (g) 5 6 CH 4 (g) CH 4 (g) 5 E-40 F = F F CH4 = F CH4 = 8.,04 kg/jam F 4 = F 4 F CH4 4 F CH4 = F CH4 =.8,077 kg/jam Tabel LA.9 Neraa Massa Heat Exhanger I Alur Masuk (kg/jam) Alur Keluar (kg/jam) Komponen CH ,04 5.8, ,04 5.8,077 Total 5.904, ,7

12 LA. Splitter (K-44) Fungsi: untuk mengalihkan metana ke ekspander sebanyak 5% (Smith, 005). 6 CH 4 (g) K % 9 75% F = F 7 + F 9 9 F CH4 9 F CH4 7 F CH4 7 F CH4 = 0,7 F CH4 =.44, kg/jam = 0, F CH4 = 7.4, kg/jam Tabel LA.8 Neraa Massa Splitter Alur Masuk (kg/jam) Alur Keluar (kg/jam) Komponen CH ,04.44,5 7.4,5 Total 8.566, ,04 LA. Heat Exhanger II (E-440) Fungsi: untuk menurunkan suhu metana dari -0 o C menjadi -76 o C. CH 4 (g) CH 4 (g) 9 0 CH 4 (g) CH 4 (g) 4 E-440 F 0 = F 9 0 F CH4 0 F CH4 9 = F CH4 =.44, kg/jam

13 F = F 4 F CH4 F CH4 4 = F CH4 =.8,077 kg/jam Tabel LA.9 Neraa Massa Heat Exhanger II Alur Masuk (kg/jam) Alur Keluar (kg/jam) Komponen CH 4.44,5 5.8,077.44,5 5.8,077 Total 46.76, ,607 LA.4 Throttle (K-45) Fungsi: untuk menurunkan tekanan metana dari 59,5 atm (60 bar) menjadi atm dan suhu dari -76 o C menjadi -6,5 o C, sehingga terjadi perubahan fasa metana dari gas menjadi air. F = F F CH4 F CH4 0 = F CH4 CH 4 (g) =.44, kg/jam 0 K-45 CH 4 (g) LA.5 Flash Drum (F-450) Fungsi: untuk memisahkan metana yang sudah menair dan yang masih berupa gas. CH 4 (g) CH 4 (g) F-450 CH 4 (l) 6 F = F + F

14 Dari sistem penairan gas Claude, gas yang menair adalah sebesar,% dari jumlah gas yang masuk ke sistem (gas masuk di alur ), maka : F CH4 F CH4 4 = 0, F CH4 =.7,9 kg/jam F CH4 F CH4 = F CH4 F CH4 = 8.96,567 kg/jam Tabel LA.0 Neraa Massa Flash Drum Komponen Alur Masuk (kg/jam) Alur Keluar (kg/jam) 6 CH 4 (g).44,5 8.96,567 - CH 4 (l) - -.7,96 Total.44,5.44,5 LA.6 Ekspander (G-44) Fungsi: untuk menurunkan tekanan metana dari 59,5 atm (60 bar) menjadi atm dan suhu dari -0 o C menjadi -6,5 o C. G-44 8 CH 4 (g) CH 4 (g) 7 F 7 = F 8 7 F CH4 8 = F CH4 = 7.4,5 kg/jam

15 LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA ENERGI Basis Perhitungan : jam operasi Satuan Operasi : kj/jam Temperatur Basis : 5 o C Perhitungan Cp Padatan Perhitungan Cp padatan (J/mol.K) dengan menggunakan metode Hurst dan Harrison, dimana nilai kontribusi unsur atom adalah sebagai berikut : Tabel LB. Nilai Kontribusi Unsur Atom Unsur Atom ΔE C 0,89 H 7,56 O,4 N 8,74 S,6 (Perry dan Green, 999) Rumus Metode Hurst dan Harrison: Cps n i Ni. Ei Dimana: Cps = Kapasitas panas padatan pada 98,5 K (J/mol.K) n = Jumlah unsur atom yang berbeda dalam suatu senyawa Ni = Jumlah unsur atom I dalam senyawa ΔEi = Nilai dari distribusi atom I pada tabel LB. Menghitung Cp senyawa: Cps C 6 H O 6 = 6. ΔE C +. ΔE H + 6. ΔE O = 6 (0,89) + (7,56) + 6 (,4) = 6,58 J/mol.K

16 Dengan ara yang sama diperoleh: Tabel LB. Kapasitas Panas Beberapa Senyawa Padatan pada 98,5 K Komponen Cps (J/mol.K) C 6 H O 6 6,58 Abu Perhitungan Cp untuk Senyawa Fasa Gas 4 Cp a bt T dt x, T et T T Cp g dt [a(t b - T ) (T - T ) (T d - T ) (T 4 Tabel LB. Data Kapasitas Panas Senyawa Fasa Gas (J/mol.K) 4 4 e 5 - T ) (T - T 5 Senyawa A B C D E CH 4 (g), ,66.0 -, , , CO (g),90.0 7, , , ,.0 - H S (g), , , , , H O (g), , , , , (Reklaitis, 98) 5 ) Perhitungan Cp untuk Senyawa Fasa Cair Cp a bt T x, T dt T T Cp g dt [a(t b - T ) (T - T ) (T d - T ) (T T 4 ) Tabel LB.4 Data Kapasitas Panas Senyawa Fasa Cair (J/mol.K) Senyawa A B C D CH 4 (l) -5,70709,056-0, , CO (l),04,595-0,007, H S (l),88 0,774-0, , H O (l) 8,964 0,47-0,0087,4.0-6 (Reklaitis, 98)

17 LB. Fermentor (R-0) Fungsi: sebagai tempat berlangsungnya proses fermentasi sampah organik. Reaksi : C 6 H O 6 (s) bakteri 4 CH 4 (g) + CO (g) + H O (g) + H S (g) Pada reaksi fermentasi anaerobik : Hr = kj/kmol (Da Rosa, 009) r Hr = 4,.000 = , kj/kmol Dibuat : Proses berlangsung adiabatis (dq/dt = 0) d dt = r Hr 0, + out in 0 = , + out 0 out = , kj/jam out =

18 Temperatur pada alur keluar diperoleh dengan menggunakan metode trial and error. Diperoleh temperatur pada alur keluar (alur 6 dan 7) tangki Fermentor adalah sebesar T out =, K 40 o C. Tabel LB.5 Energi Keluar pada tangki Fermentor Alur 6 7 Komponen F (kg/jam) BM (kg/kmol) N (kmol/jam) Cp dt N Cp dt (kj/kmol) (kj/jam) CH 4.96,8 6 06,05 595,09.607,869 CO ,77 65, ,064 H S,44 4 0,04 559,097 8,8 H O (g) 0,056 8,67 55,5 9,969 C 6 H O , , ,78 H O (l) ,., ,90 N 0 4, , ,457 S 40,5.888, ,0 Abu , ,05 Total ,079 Tabel LB.6 Neraa Energi Fermentor Alur Masuk (kj/jam) Alur Keluar (kj/jam) Umpan - Produk ,079 Hr , Total , ,079

19 LB. Adsorber I (D-0) Fungsi: untuk memisahkan H S dari gas bio dengan Fe O. T out, atm 0 CH 4 (g) CO (g) H O (g) D-0 40 o C, atm 6 CH 4 (g) CO (g) H O (g) H S (g) Q in = (N 6 CH (N 4 ) 6 H O 0,5 98,5 ) Cp dt (N 0,5 98,5 Cp dt 6 CO ) 0,5 98,5 Cp dt (N 6 H S ) 0,5 98,5 Cp dt Tabel LB.7 Energi Masuk pada Adsorber I Alur Komponen 6 F (kg/jam) BM (kg/kmol) N (kmol/jam) Cp dt N Cp dt (kj/kmol) (kj/jam) CH 4.96,8 6 06,05 54,9.954,9 CO ,77 56, ,767 H S,44 4 0,04 50,805 7,87 H O (g) 0,056 8,67 504,5 84,44 Total 0.58, Reaksi: Fe O + 6 H S Fe S + 6 H O Panas reaksi pada keadaan standar: ΔHr 98,5 = Σ σ.δhf = ΔHf Fe S + 6 ΔHf H O ΔHf Fe O 6 ΔHf H S = (-6.586,08) + 6( ,006) (-80.54) 6(-9.957,68) = ,09 kj/kmol

20 N r = N 6 0 H S HS σ 0,0 6 = 0,0056 kmol/jam r.δhr 98,5 = 0,0056 (-57.48,09) = -.44,56 kj/kmol Dibuat: Proses berlangsung adiabatis (dq/dt = 0) dq dt = r.δhr 98,5 + Q out Q in 0 = -.44,56 + Q out 0.58, Q out Q out = = 04.60,87 kj/jam Tout Tout ( NCH ) Cp dt (NCO ) Cp dt (N 4 H 98,5 98,5 O ) Tout 98,5 Cp dt Temperatur pada alur keluar diperoleh dengan menggunakan metode trial and error. Diperoleh temperatur pada alur keluar (alur 0) Adsorber I adalah sebesar T out =,5 K 40,5 o C. Tabel LB.8 Energi Keluar pada Adsorber I Alur Komponen 0 F (kg/jam) BM (kg/kmol) N (kmol/jam) Cp dt N Cp dt (kj/kmol) (kj/jam) CH 4.6,8 6 0,99 550,644.5,555 CO 7.00, , 569, ,489 H O (g) 9,755 8,65 5,47 845, Total 0.84,77 Tabel LB.9 Neraa Energi Adsorber I Alur Masuk (kj/jam) Alur Keluar (kj/jam) Umpan 0.58, - Produk ,77 Hr ,864 Total 0.58, 0.58,

21 LB. Membran Kontaktor Hollow Fiber (D-0) Fungsi: untuk memisahkan CO dari gas bio yang dihasilkan. a H O (l) 5 o C, atm CH 4 (g) CO (g) CH 4 (g) 40,5 o C, atm 5 o C, atm D-0 b H O (l) CH 4 (g) CO (g) T out, atm 0, 0, 98, in = N CH4 98, Cp dt + N CO 98, Cp dt b + N HO 98, Cp dt Tabel LB.0 Energi Masuk pada Membran Kontaktor Hollow Fiber Alur Komponen F (kg/jam) BM (kg/kmol) N (kmol/jam) Cp dt N Cp dt (kj/kmol) (kj/jam) CH 4.60, , ,644., CO 6.994, ,96 569, ,845 Total 0.766,075 Dibuat: Proses berlangsung adiabatis (dq/dt = 0) dq dt = Qout Q in 0 = Q out 0.766,075 Q out = 0.766,075 kj/jam out =

22 Temperatur pada alur keluar diperoleh dengan menggunakan metode trial and error. Diperoleh temperatur pada alur keluar (alur ) Membran Kontaktor Hollow Fiber adalah sebesar T out = 00,6 K 7,5 o C. Tabel LB. Energi Keluar pada Membran Kontaktor Hollow Fiber Alur Komponen F (kg/jam) BM (kg/kmol) N (kmol/jam) Cp dt N Cp dt (kj/kmol) (kj/jam) CH 4,6 6 58,96 9,6 4.84,08 CO 6.994, ,4 88, ,098 H O (l) 7.989, ,04 90,06 8,40 Total 0.790,59 Tabel LB. Neraa Energi Membran Kontaktor Hollow Fiber Alur Masuk (kj/jam) Alur Keluar (kj/jam) Umpan 0.766,075 - Produk ,075 Total 0.766, ,075 LB.4 Tangki Akumulasi (F-40) Fungsi: untuk menampung sementara gas metana sebelum masuk ke proses penairan gas Claude. CH 4 (g) T out, atm CH 4 (g) CH 4 (g) 5 o C, atm o C, atm 5 F-40 H =.95,8 kj/kg (Perry, 999) H 5 =.88,9 kj/kg (Perry, 999)

23 Q in = F. H + F 5. H 5 = (.7,96).(.95,8) + (5.8,077).(.88,9) = ,54 kj/jam Dibuat : Proses berlangsung adiabatis (dq/dt = 0) dq dt = Qout Q in 0 = Q out ,54 Q out = ,54 kj/jam Energi keluar = Q out (F. H ) = ,54 (8.566,04).(H ) = ,54 H =.89,68 kj/kg Dari data termodinamika metana (Perry, 999) untuk H = 0.58,9 kj/kg, maka T out untuk alur adalah 95,8 K,5 o C. Tabel LB. Neraa Energi Tangki Akumulasi Alur Masuk (kj/jam) Alur Keluar (kj/jam) Umpan ,54 - Produk ,54 Total , ,54 LB.5 Cooler (E-40) Fungsi: untuk menurunkan suhu metana dari 05 o C menjadi 7 o C. H O (l) 5 o C, atm CH 4 (g) CH 4 (g) 05 o C, atm 7 o C, atm 4 5 E-40 d H O (l) 40 o C, atm

24 H 4 =.0,88 kj/kg (Perry, 999) Q in = F 4. H 4 = (8.566,04).(.0.88) = ,9 kj/jam H 8 =.40 kj/kg (Perry, 999) Q out = F 5. H 5 = (8.566,04).(.40) = ,6 kj/jam dq dt dq dt = Qout Q in = , ,9 = ,658 kj/jam Data termodinamika air pendingin : H (5 o C) = 04,89 kj/kg (Perry, 999) H d (40 o C) = 67,47 kj/kg (Perry, 999) Jumlah air pendingin yang dibutuhkan : m = Q H - Hd m = ,658 kj/jam 04,89 kj/kg -67,47kJ/kg m = ,658-6,58 m = 87.,44 kg/jam kj/jam Tabel LB.4 Neraa Energi Cooler Alur Masuk (kj/jam) Alur Keluar (kj/jam) Umpan ,9 - Produk ,6 dq/dt ,658 - Total , ,6

25 LB.6 Heat Exhanger I (E-40) Fungsi: untuk menurunkan suhu metana dari 7 o C menjadi -0 o C. CH 4 (g) T in, atm CH 4 (g) CH 4 (g) 7 o C, atm -0 o C, atm CH 4 (g) o C, atm 5 E-40 Dari data termodinamika metana (Perry, 999) : H 5 =.40 kj/kg H 6 =.009,8 kj/kg H 5 =.88,9 kj/kg Q out = F 5. H 5 + F 6. H 6 (superheated metana) (superheated metana) (superheated metana) = (5.8,077).(.88,9) + (8.566,04).(.009,8) = ,89 kj/jam Dibuat : Proses berlangsung adiabatis (dq/dt = 0) dq dt = Qout Q in 0 = ,89 (F 5. H 5 + F 4. H 4 ) 0 = ,89 (8.566,04).(.40) + (5.8,077).(H 4 ) H 4 =.04, kj/kg Dari data termodinamika metana (Perry, 999) untuk H 4 =.04, kj/kg, maka T untuk alur 4 adalah 7, K -46 o C. Q in = F 5. H 5 + F 4. H 4 = (8.566,04).(.40) + (5.8,077).(.04,) = ,89 kj/jam Tabel LB.5 Neraa Energi Heat Exhanger I Alur Masuk (kj/jam) Alur Keluar (kj/jam) Umpan ,89 - Produk ,89 Total , ,89

26 LB.7 Heat Exhanger II (E-440) Fungsi: untuk menurunkan suhu metana dari -0 o C menjadi -76 o C. CH 4 (g) -0 o C, atm CH 4 (g) -6,5 o C, atm 9 0 CH 4 (g) T out, atm CH 4 (g) -46 o C, atm 4 E-440 Dari data termodinamika metana (Perry, 999) : H 9 =.009,8 kj/kg H = 796,9 kj/kg H 4 =.04, kj/kg Q in = F 9. H 9 + F. H (superheated metana) (saturated metana) (superheated metana) = (.44,5).(.009,8) + (5.8,077).(796,9) = ,9 kj/jam Dibuat : Proses berlangsung adiabatis (dq/dt = 0) dq dt = Qout Q in 0 = (F 4. H 4 + F 0. H 0 ) ,9 0 = (5.8,077).(.04,) + (.44,5).(H 0 ) ,9 H 0 = 79,8 kj/kg Dari data termodinamika metana (Perry, 999) untuk H 0 = 79,8 kj/kg, maka T untuk alur 0 adalah 97,6 K -76 o C. Q out = F 4. H 4 + F 0. H 0 = (5.8,077).(.04,) + (.44,5).(79,8) = ,9 kj/jam Tabel LB.6 Neraa Energi Heat Exhanger II Alur Masuk (kj/jam) Alur Keluar (kj/jam) Umpan ,9 - Produk ,9 Total , ,9

27 LAMPIRAN C PERHITUNGAN SPESIFIKASI ALAT LC. Elevator (J-) Fungsi : Untuk mengangkut sampah dari timbangan ke thresser. Jumlah : buah Bahan konstruksi : Besi Laju bahan yang diangkut : kg/jam Faktor keamanan : 0% Kapasitas = feed x ( + faktor keamanan) = x (+0,) = kg/jam Dari tabel.8 Perry 999, karena kapasitas lebih besar dari 4 ton/jam, maka buket elevator dipilih dengan spesifikasi : Ukuran buket = ( 6 x 4 x 4 ½ ) in Jarak tiap buket = in Elevator enter = 5 ft Keepatan putar = 4 rpm Keepatan buket = 5 ft/menit Daya head shaft = Hp Diameter tail shaft = /6 in Diameter head shaft = 5/6 in Pully tail = 4 in Pully tail = 0 in Lebar head = 7 in Effesiensi motor = 80% Daya tambahan = 0,0 Hp/ft Daya P = (Elevator enter x daya tambahan) + daya head shaft (Perry, 999) = 5 x (0,0) + =,5 Hp (Perry dan Green, 999)

28 LC. Thresser (C-0) Fungsi Bahan konstruksi Merek Jumlah Keepan mesin : Untuk mengeilkan ukuran sampah organik yang akan diolah. : Besi : HGT-6000 : unit : 5-5 ton/jam Ukuran hasil aahan : 0,5- m. (Unit Penelitian Bioteknologi Perkebunan Bogor, 008) LC. Srew Conveyor (J-) Fungsi Jenis Bahan konstruksi : Mengangkut sampah organik ke tangki penampung. : Horizontal srew onveyor : Carbon steel Kondisi operasi: Temperatur Tekanan = 5 o C = atm Laju alir bahan : F = kg/jam = 44.09,45 lb/jam Densitas bahan (bulk density) : ρ = 00 kg/m = 8,7 lb/ft (Sudrajat, 00) Jarak angkut : L = 0 m =,8 ft Perhitungan a. Laju alir volumetrik Direnanakan dalam jam proses ukup ditempuh /6 jam kerja (0 menit), maka laju alir volumetrik dalam 0 menit kerja adalah: F 44.09,45 lb/jam Q ρ 8,7 lb/ft b. Data onveyor.54,ft Dipilih srew onveyor dengan diameter 0 in. /jam (0 menit kerja) Dari Tabel 5. dan Tabel 5.4 Walas (988) didapatkan harga: Keepatan putaran maksimum (ω max) = 40 rpm Kapasitas maksimum (Q max) =.485 ft /jam Faktor S = 50

29 Horse power fator (f) =,7. Daya onveyor Keepatan putaran (ω): Q ω max Q max.54,ft /jam 40 rpm 7,89 rpm.485 ft /jam ω Daya onveyor: P = [s. ω + f.. ρ] L / 0-6 P = [50 x 7,89 +,7 x.54, x 8,7],8 / 0-6 P =,09 hp Efisiensi onveyor 80 %, maka,09 P,86 hp 0,8 Maka dipilih onveyor dengan daya 4 hp. LC.4 Tangki Penampung Sampah (F-0) Fungsi : menampung hasil aahan sampah dari thresser. Bentuk : Silinder tegak dengan alas dan tutup ellipsoidal. Bahan konstruksi : Plate steel SA-67, tipe 04 Kondisi operasi : - Temperatur : 5 o C - Tekanan : atm Laju alir sampah organik = kg/jam Densitas sampah organik = 00 kg/m (Sudrajat, 00) Kebutuhan peranangan = hari Faktor keamanan = 0% Desain Tangki Ukuran tangki : a. Volume tangki Volume sampah, V = V = =.600 m Volume tangki (Vt) = Volume sampah x (+ faktor keamanan)

30 =.600 x (,) =.90 m Direnanakan menggunakan 6 unit tangki. Jadi, volume untuk tiap tangki =.90 / 6 = 0 m. b. Diameter dan tinggi tangki Direnanakan perbandingan diameter dengan tinggi tangki silinder, D : H = : V = πd H 0 = πd D 0 = πd D = 6,46 m ; H = /D = / x 6,46 = 9,69 m. Jadi, D = 6,46 m =,9 ft H = 9,69 m =,79 ft. Tebal dinding tangki Tinggi bahan dalam tangki = Volume bahan Tinggi Volume tangki tangki.600 Tinggi bahan dalam tangki = 9, 69 = 8,07 m.90 Tekanan hidrostatik: P = g h = 00 kg/m 9,8 m/s 8,07 m =.75,8 Pa =,75 kpa Tekanan operasi (Po) = atm = 0,5 kpa P total = Po + P = 0,5 kpa +,75 kpa = 5,05 kpa Faktor kelonggaran = 0 % Maka, P design = (,) (5,05 kpa) = 50,06 kpa Direnanakan menggunakan bahan konstruksi plate steel SA-67, tipe 04 Dari Brownell & Young (959) Appendix D, diperoleh data : Allowable stress (S) = psi = 9.76,7 kpa Effisiensi Sambungan (E) = 0,8

31 Tebal dinding silinder tangki : t = t = = 0,005m t = 0,97in Faktor Korosi Maka tebal dinding = 0,5 in (Timmerhaus,980) = 0,97 in + 0,5 in = 0, in. Dari tabel 5.4 Brownell & Young, 979 dipilih tebal tangki 0,6 in. LC.5 Srew Conveyor (J-) Fungsi Jenis Bahan konstruksi : Mengangkut sampah organik ke Fermentor. : Horizontal srew onveyor : Carbon steel Kondisi operasi: Temperatur Tekanan = 5 o C = atm Laju alir bahan : F = kg/jam = 44.09,45 lb/jam Densitas bahan (bulk density) : ρ = 00 kg/m = 8,7 lb/ft (Sudrajat, 00) Jarak angkut : L = 0 m =,8 ft Perhitungan a. Laju alir volumetrik Direnanakan dalam jam proses ukup ditempuh /6 jam kerja (0 menit), maka laju alir volumetrik dalam 0 menit kerja adalah: F 44.09,45 lb/jam Q ρ 8,7 lb/ft b. Data onveyor.54,ft Dipilih srew onveyor dengan diameter 0 in. /jam (0 menit kerja) Dari Tabel 5. dan Tabel 5.4 Walas (988) didapatkan harga: Keepatan putaran maksimum (ω max) = 40 rpm Kapasitas maksimum (Q max) =.485 ft /jam Faktor S = 50 Horse power fator (f) =,7. Daya onveyor

32 Keepatan putaran (ω): Q ω max Q max.54,ft /jam 40 rpm 7,89 rpm.485 ft /jam ω Daya onveyor: P = [s. ω + f.. ρ] L / 0-6 P = [50 x 7,89 +,7 x.54, x 8,7],8 / 0-6 P =,09 hp Efisiensi onveyor 80 %, maka,09 P,86 hp 0,8 Maka dipilih onveyor dengan daya 4 hp. LC.6 Fermentor (R-0) Fungsi : Tempat berlangsungnya proses fermentasi anaerobik. Bentuk : Silinder tegak dengan alas datar dan tutup ellipsoidal Bahan konstruksi : Carbon Steel SA-85 Grade A Jumlah : 0 unit Kondisi operasi: Temperatur = 40 C Tekanan = atm Kebutuhan peranangan = 0 hari Laju alir massa = kg/jam = kg/hari Densitas sampah = 00 kg/m (Sudrajat, 00) Faktor keamanan = 0% Desain Tangki a. Volume tangki kg/hari Laju alir volumetrik (Q) =.600 m /hari 00 kg/m Volume tangki, V t = ( + 0,).600 m =.90 m b. Diameter dan tinggi tangki Direnanakan perbandingan tinggi tangki dengan diameter, Hs : D = : Direnanakan perbandingan tinggi head dengan diameter, Hh : D = : 4

33 dimana: Hs = tinggi shell Hh = tinggi head D = diameter tangki Volume shell tangki (Vs): Volume tutup tangki (Vh): Vs Vs 4 6 πd Hs 4 πd Hh πd 4 πd Volume tangki (V): V Vs Vh.90 7 πd 4 Maka: D =,8 m; Hs =,8 m Diameter tutup = Diameter tangki =,8 m Tinggi head (Hh): Hh = ¼ D =, m Tinggi tangki (Ht): Ht = Hs + Hh = 6 m. Tebal tangki Tinggi bahan dalam tangki = Volume bahan Tinggi Volume tangki tangki 600 Tinggi bahan dalam tangki = 6 =, m 90 Tekanan hidrostatik: P = g h = 00 kg/m 9,8 m/s, m = 9.0 Pa = 9,0 kpa Tekanan operasi (Po) = atm = 0,5 kpa P total = Po + P = 0,5 kpa + 9,0 kpa = 40,47 kpa Faktor kelonggaran = 0 % Maka, P design = (,) (40,47 kpa) = 68,5 kpa Joint effiieny = 0,8 (Brownell dan Young, 959) Allowable stress = psia (Brownell dan Young, 959) = 0.657,8 kpa Tebal shell tangki:

34 PD t SE,P (68,5 kpa) (,8 m) (0.657,8 kpa) (0,8), (68,5 kpa) 0,0 m 0,44 in Faktor korosi = 0,5 in Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,0,44 in + 0,5 in = 0,566 in Tebal shell standar yang digunakan = ¾ in (Brownell dan Young, 959) Tebal tutup tangki: PD t SE 0,P (68,5 kpa) (,8 m) (0.657,8 kpa) (0,8) 0, (68,5 kpa) 0,0 m 0,44 in Faktor korosi = 0,5 in Maka tebal head yang dibutuhkan = 0,44 in + 0,5 in = 0,566 in Tebal head standar yang digunakan = ¾ in (Brownell dan Young, 959) d. Daya pengaduk Jenis pengaduk Jumlah baffle : flat 6 blade turbin impeller : 4 buah Pengaduk didesain dengan standar berikut: Da : Dt = : J : Dt = : W : Da = : 5 L : Da = : 4 E : Da = : dengan: Dt = diameter tangki L = panjang blade (daun) Da = diameter impeller W = lebar blade (daun) E = tinggi impeller dari dasar tangki J = lebar baffle (Geankoplis, 00) Jadi : Diameter impeller (Da) = / Dt = / x,8 m = 4, m Tinggi pengaduk dari dasar tangki (E) = Da = 4, m Lebar baffle (J) = / Dt = / x,8 m =, m Lebar blade (W) = / 5 Da = / 5 x 4, m = 0,86 m

35 Panjang blade (L) = / 4 Da = / 4 x 4, m =,075 m Keepatan pengadukan, N = 0, putaran/det Viskositas sampah organik = μ = 0,0006 lbm/ft s = 0,0009 kg/ms Bilangan Reynold, N N Re Re (Sudrajat, 00) N Da ρ (Geankoplis, 00) μ 0,4, 00 0, , Dari grafik.4-5 (Geankoplis, 00) diperoleh Np = 4: P = N P.N.Da 5.ρ P = 4 x (0,) x (4,) 5 x (00) P =.764, J/s =,76 kw P =,6 hp Efisiensi motor, η = 80 Daya motor =,6 =,95 hp 0,8 LC.7 Pompa (L-) Fungsi : Memompa ampas dari Fermentor ke Filter Press. Jenis : Pompa rotary Bahan konstruksi : Commerial steel Jumlah : unit Kondisi operasi: Tekanan = atm Temperatur = 40 C Laju alir massa (F) = 0.50 kg/jam = 6,8 lb/s Densitas () =.00,69 kg/m = 6,54 lb/ft (Geankoplis, 00) Viskositas slurry ( ) = 0,75 P = 5, lb/fts (Geankoplis, 00) Perhitungan a. Laju alir volumetrik

36 F 6,8 lb/detik Laju alir volumetrik, Q = 0, ft /s ρ 6,54 lb/ft b. Diameter optimum Perenanaan Diameter Pipa Pompa Untuk aliran turbulen (Nre >00), Di,opt =,9 Q 0,45 ρ 0, (Peters, 004) dengan: Di,opt = diameter optimum (m) ρ = densitas (lbm/ft ) Q = laju volumetrik (ft /s) Di,opt =,9 (Q) 0,45 () 0, =,9 (0, m /s) 0,45 (6,54 kg/m ) 0, =,7 in. Spesifikasi pipa Dari buku Geankoplis App A.5, dipilih pipa ommerial steel: Ukuran nominal : in Shedule number : 40 Diameter Dalam (ID) :,068 in = 0,56 ft = 0,078 m Diameter Luar (OD) :,5 in Luas penampang dalam (A t ) : 0,05 ft d. Keepatan linear Q 0,ft / s Keepatan linear : v = = A 0,05ft =,95 ft/s e. Bilangan Reynold N Re = = v D (6,54 lb / ft 5,05.0 )(,95 ft / s)(0,56 ft) -4 lbm/ft.s = 6.850,996 (aliran turbulen) f. Faktor fanning Dari Gbr..0-, (Geankoplis, 00) : - Untuk pipa ommerial steel, diperoleh: ε = 4,.0-5

37 - Untuk N Re = 6.850,996 dan g. Instalasi pipa Frition Loss: A Sharp edge entrane: h = 0,5 A = 0,0006, diperoleh f = 0,005 D v..g = (,95) 0,5( 0) = 0,097 ft.lbf/lbm ()(,74) v 4 elbow 90 : h f = n.kf.. g = 4 (0,75) (,95) (,74) = 0,78 ft.lbf/lbm v hek valve: h f = n.kf.. g = () (,95) (,74) = 0,75 ft.lbf/lbm Pipa lurus 00 ft: L v F f = 4f D... g = 4(0,005) 00(,95) 0,56..,74 =0,48 ft.lbf/lbm Sharp edge exit: h ex = n.kex A A v.. g Total frition loss : Tinggi pemompaan, z = 0 ft Stati head, z g g = (,0) 0 F = 0,987 ft.lbf/lbm = 0 ft.lbf/lbm (,95) = 0,0594 ft.lbf/lbm,74 Veloity head, v g = 0 ft.lbf/lb

38 Pressure head, h. Daya pompa P = 0 ft.lbf/lb Dari persamaan Bernoulli: v g z g g P F W s 0 (Geankoplis, 00),74ft/s 0 Ws = -0,987 ft.lbf/lbm 0 ft 0 0,987 ft.lbf/lbm W 0,74ft.lb/lbf.s Untuk efisiensi pompa 80, maka: Daya pompa : P = Ws m 550 0,987 6,8 P = 550 0,8 0,04hp Maka dipilih pompa dengan daya motor / 0 hp. s LC.8 Filter Press (H-0) Fungsi : Tempat memisahkan ampas air dan padat untuk dijadikan pupuk. Jenis : Plate and frame filter press Bahan konstruksi : Carbon Steel SA-85 Grade C Jumlah : unit Kondisi operasi: Temperatur = 5 C Tekanan = atm Laju alir umpan = kg/jam Laju alir filtrat = kg/jam Densitas filtrat = 997 kg/m (Sudrajat, 00) Laju alir ampas =.600 kg/jam Densitas ake =.40, kg/m (Sudrajat, 00) Desain Filter Press Direnanakan luas penyaringan efektif filter press untuk waktu proses jam

39 6.000 kg/jam Volume Filtrat jam = 6,0 m 997 kg/m Volume ake pada filter press =.600 kg/jam 40, kg/m jam =,5 m Luas penyaringan efektif dihitung dengan menggunakan persamaan : W L A ( E) s V (E L A) (Foust, 979) ( W) Dimana : E = poros partikel = 0, ρs = densitas solid (kg/m ) ρ = densitas filtrat (kg/m ) L = tebal ake pada frame (m) A = luas penyaringan efektif (m ) W = fraksi massa ake dalam umpan V = volume filtrat (m ) laju alir massa ake.600 kg/jam W = 0, 75 laju alir massa umpan kg/jam Tebal ake pada frame diestimasikan = 0 m = 0, m Direnanakan setiap plate mempunyai luas m maka luas efektif penyaringan (A): 0,75 0, A ( 0,).40, 9976,0 (0, 0, A) (0,75) A = 8,4 m Jumlah plate (n) = 8,4 m m 8,4 buah Faktor keamanan = 0 % Jumlah plate yang dibutuhkan =, x 8,4 = 4,4 buah Maka diambil jumlah plate = 4 buah Jumlah frame = jumlah plate = 4 buah LC.9 Tangki Penampung Ampas Cair (F-0) Fungsi : Menampung ampas air setelah penyaringan pada filter press. Bentuk : Persegi Panjang

40 Bahan konstruksi : Beton kedap air Jumlah : unit Kondisi penyimpanan : Temperatur = 0 C Tekanan = atm Kebutuhan peranangan = hari Laju alir massa = kg/jam = 8.40 kg/hari Densitas ampas air =.08,6 kg/m (Sudrajat, 00) Faktor kelonggaran = 0 Desain Tangki a. Volume tangki 8.40 kg/hari Laju alir volumetrik (Q) = 4,4 m /hari.08,6 kg/m Volume airan = 4,4 m /hari hari = 4,4 m Volume bak = ( + 0,) 4,4 m = 6,8 m b. Ukuran tangki Direnanakan ukuran bak: Panjang bak (p) = x Lebar bak (l), maka p = l Tinggi bak (t) = ½ x Lebar bak (l), maka t = ½ l Volume bak (V) = p x l x t 6,8 = l x l x ½ l Lebar bak (l) = 5,44 m Panjang bak (p) = 0,88 m Tinggi bak (t) =,7 m b. Tekanan Tangki Tinggi airan dalam tangki 4,4 m 6,8m,7 m,67 m Tekanan hidrostatik: P = g h =.08,6 kg/m 9,8 m/s,67 m =.85 Pa =,85 kpa Tekanan operasi (Po) = atm = 0,5 kpa P total = Po + P = 0,5 kpa +,85 kpa = 4,75 kpa

41 Faktor kelonggaran = 0% Maka, P design = (,) (4,75 kpa) = 49,0 kpa LC.0 Blower (G-) Fungsi Jenis Bahan konstruksi Jumlah : Mengalirkan gas bio dari Fermentor ke Adsorber. : Blower sentrifugal : Carbon Steel : unit Kondisi operasi: Temperatur Tekanan Laju alir gas = 0 C = 0,5 K = atm = kg/jam Tabel LC. Komposisi Umpan Masuk Blower Komponen F (kg/jam) N (kmol/jam) % mol (xi) BM xi. BM CH 4.090,75 9,7 55,9 6 8,947 CO ,68 4,6 44 9,9 H S,075 0,0 0,0 4 0,00 H O (g) 8,775,565 0,45 8 0,08 Total , ,4 BM Campuran = xi. Bmi = 8,4 kg/kmol Densitas = P. BM. 8,4 =,5 kg/m zrt. 0, ,5 Faktor keamanan = 0 Desain Blower a. Volume gas kg/jam Laju alir volumetrik (Q),5 kg/m b. Daya blower = 8.590, m /jam = 5.056,07 ft /min

42 44 Q Daya blower (P) (Perry dan Green, 999) 000 Efisiensi blower (η) = 7 % 44 0, ,07 ft /min P 000 6,55 hp LC. Adsorber I (D-0) Fungsi : Menyerap gas H S yang terkandung dalam gas bio. Bentuk : Fixed bed ellipsoidal Bahan konstruksi : Carbon Steel SA-85 Grade C Jumlah : unit Kondisi operasi: Temperatur = 4 C = 4 K Tekanan = atm Laju alir H S = 7,5 kg/hari = 0,8 kmol/hari Laju alir gas masuk = kg/hari Tabel LC. Komposisi Umpan Masuk Adsorber I Komponen F (kg/hari) N (kmol/hari) % mol (xi) BM xi. BM CH 4 79., 4.945, 55,98 6 8,95 CO ,5 4, ,9 H S 7,5 0,8 0, ,00 H O (g) 7, 40, 0, ,08 Total ,6 00 8, BM Campuran = xi. Bmi = 8, kg/kmol Densitas gas masuk = Desain Adsorber P. BM zrt a. Volume Adsorben sponge iron (Fe O ). 8,8 =,5 kg/m.0, Kebutuhan adsorben 0 kg H S/00 kg sponge iron Densitas adsorben = 5.40 kg/m (Sudrajat, 00) Porositas desain adsorber (ε) = 0,4

43 Jumlah adsorben 7,5 00 kg spongeiron kg H S/hari 0 kg H S = 7,5 kg/hari Faktor keamanan = 0% Jumlah adsorben aktual =, 7,5 = 65 kg/hari m 65 kg/hari Volume adsorben ( ) ( 0,4) 5.40 kg/m = 0,05 m /hari Direnanakan bed untuk bulan operasi, maka banyaknya katalis: Volume bed = 0,05 m /hari 0 hari/bulan bulan Volume bed = 8,7 m b. Ukuran adsorber Direnanakan perbandingan tinggi tangki dengan diameter, Hs : D = : Direnanakan perbandingan tinggi head dengan diameter, Hh : D = : 4 dimana: Hs = tinggi shell Hh = tinggi head D = diameter tangki kg/hari Laju alir volumetrik gas masuk (Q),5 kg/m = 9.9,9 m /hari Keepatan gas masuk yang ideal agar terjadi waktu pengontakkan yang ukup untuk reaksi dan menjaga agar penurunan tekanan tidak berlebihan adalah maksimum 0 ft/min (u = 4.89 m/hari) Tinggi bed V bed u Q gas masuk = 0,7 m =, ft 8,7 m 4.89 m/hari 9.9,9 m / hari Luas penampang bed (A) V bed Tinggi bed 8,7 m 0,7 m 50,6m Diameter bed (D) A /4 50,6 m /4 8,0m 8,4 ft Diameter tangki = Diameter bed = 8,0 m Tinggi shell (Hs): Hs = / D =,05 m Tinggi head (Hh): Hh = ¼ D =,0 m

44 Tinggi tangki (Ht): Ht = Hs + Hh = 6,07 m. Tebal tangki Tekanan operasi (Po) = atm = 0,5 kpa Faktor kelonggaran = 0 % Maka, P design = (,) (0,5 kpa) =,59 kpa Joint effiieny = 0,8 (Brownell dan Young, 959) Allowable stress =.700 psia = ,85 kpa (Brownell dan Young, 959) Tebal shell tangki: PD t SE,P (,59 kpa) (8,0 m) (94.457,85 kpa) (0,8), (,59 kpa) 0,0065 m 0,5 in Faktor korosi = 0,5 in Tebal shell yang dibutuhkan = 0,5 in + 0,5 in = 0,75 in Tebal shell standar yang digunakan = / 8 in (Brownell dan Young, 959) Tebal tutup tangki: PD t SE 0,P (,59 kpa) (8,0 m) (94.457,85 kpa) (0,8) 0, (,59 kpa) 0,0065 m 0,5 in Faktor korosi = 0,5 in Tebal head yang dibutuhkan = 0,5 in + 0,5 in = 0,75 in Tebal head standar yang digunakan = / 8 in (Brownell dan Young, 959) LC. Blower (G-) Fungsi Jenis Bahan konstruksi Jumlah : Mengalirkan gas bio dari Adsorber I ke Adsorber II. : Blower sentrifugal : Carbon Steel : unit

45 Kondisi operasi: Temperatur Tekanan Laju alir gas = 5 C = 98,5 K = atm =.088,0 kg/jam Tabel LC. Komposisi Umpan Masuk Blower Komponen F (kg/jam) N (kmol/jam) % mol (xi) BM xi. BM CH 4.059,84 9,4 99,9 6 5,87 H O (g) 8,775,565 0,8 8 0,5 Total.088,0 9, ,0 BM Campuran = xi. Bmi =,0 kg/kmol Densitas = P. BM.6,0 = 0,655 kg/m zrt.0, ,5 Faktor keamanan = 0 Desain Blower a. Volume gas.088,0 kg/jam Laju alir volumetrik (Q) 0,655 kg/m b. Daya blower Daya blower (P) = 4.74,54 m /jam =.774,87 ft /min 44 Q (Perry dan Green, 999) 000 Efisiensi blower (η) = 7 % 44 0,75.774,87 ft /min P 000 9,08 hp LC. Adsorber II (D-0) Fungsi : Menyerap uap air yang terkandung dalam gas bio. Bentuk : Fixed bed ellipsoidal Bahan konstruksi : Carbon Steel SA-85 Grade C

46 Jumlah : unit Kondisi operasi: Temperatur = 40,5 C =,5 K Tekanan = atm Laju alir massa air = 9,8 kg/jam = 75, kg/hari Densitas air = 997,08 kg/m (Geankoplis, 00) Laju alir gas masuk = ,6 kg/hari Tabel LC.4 Komposisi Umpan Masuk Adsorber II Komponen F (kg/hari) N (kmol/hari) % mol (xi) BM xi. BM CH 4 78., 4.895,7 55,9 6 8,95 CO 68.0,.88,9 4,6 44 9,9 H O (g) 75, 9,7 0,46 8 0,08 Total , , 00 8, BM Campuran = xi. Bmi = 8, kg/kmol Densitas gas masuk = Desain Adsorber P. BM zrt a. Volume Adsorben silia gel. 8, =,5 kg/m.0, Kemampuan penyerapan silia gel 0,4 kali massa kering (Engineertoolbox,0). Kebutuhan adsorben 40 kg H O / 00 kg silia gel Densitas adsorben = 70 kg/m (Engineertoolbox,0). Porositas desain adsorber (ε) = 0,4 Jumlah adsorben Faktor keamanan = 0% 00 kg spongeiron 75, kg H O/hari 40 kg H S =.788 kg/hari Jumlah adsorben aktual =,.788 =.45,6 kg/hari m.45,6 kg/hari Volume adsorben ( ) ( 0,4) 70 kg/m = 4,97 m /hari

47 Direnanakan bed untuk bulan operasi, maka banyaknya katalis: Volume bed = 4,97 m /hari 0 hari/bulan Volume bed = 49, m b. Ukuran adsorber Direnanakan perbandingan tinggi tangki dengan diameter, Hs : D = : Direnanakan perbandingan tinggi head dengan diameter, Hh : D = : 4 dimana: Hs = tinggi shell Hh = tinggi head D = diameter tangki ,6 kg/hari Laju alir volumetrik gas masuk (Q),5 kg/m = 5.046, m /hari Keepatan gas masuk yang ideal agar terjadi waktu pengontakkan yang ukup untuk reaksi dan menjaga agar penurunan tekanan tidak berlebihan adalah maksimum 0 ft/min (u = 4.89 m/hari) Tinggi bed V bed u Q gas masuk =,04 m 49,m 4.89 m/hari 5.046, m / hari Luas penampang bed (A) V bed Tinggi bed 49,m,04 m 49,05m Diameter bed (D) A /4 49,05 m /4 7,9m 5,9 ft Diameter tangki = Diameter bed = 7,9 m Tinggi shell (Hs): Hs = / D =,85 m Tinggi head (Hh): Hh = ¼ D =,975 m Tinggi tangki (Ht): Ht = Hs + Hh = 5,8 m. Tebal tangki Tekanan operasi (Po) = atm = 0,5 kpa Faktor kelonggaran = 0 % Maka, P design = (,) (0,5 kpa) =,59 kpa Joint effiieny = 0,8 (Brownell dan Young, 959)

48 Allowable stress =.700 psia = ,85 kpa (Brownell dan Young, 959) Tebal shell tangki: PD t SE,P (,59 kpa) (7,9 m) (94.457,85 kpa) (0,8), (,59 kpa) 0,006 m 0,6 in Faktor korosi = 0,5 in Tebal shell yang dibutuhkan = 0,6 in + 0,5 in = 0,6 in Tebal shell standar yang digunakan = / 8 in (Brownell dan Young, 959) Tebal tutup tangki: PD t SE 0,P (,59 kpa) (7,9 m) (94.457,85 kpa) (0,8) 0, (,59 kpa) 0,006 m 0,6 in Faktor korosi = 0,5 in Tebal head yang dibutuhkan = 0,6 in + 0,5 in = 0,6 in Tebal head standar yang digunakan = / 8 in (Brownell dan Young, 959) LC.4 Blower (G-) Fungsi : Mengalirkan gas bio dari Adsorber II ke Membran Kontaktor Hollow Fiber. Jenis Bahan konstruksi Jumlah : Blower sentrifugal : Carbon Steel : unit Kondisi operasi: Temperatur Tekanan Laju alir gas = 40,5 C =,65 K = atm = 0.54,85 kg/jam

49 Tabel LC.5 Komposisi Umpan Masuk Blower Komponen F (kg/jam) N (kmol/jam) % mol (xi) BM xi. BM CH 4.60,57 57,56 56,8 6 8,989 CO 6.994,8 00,909 4,8 44 9,8 Total 0.54,85 458, ,7 BM Campuran = xi. Bmi = 8,7 kg/kmol Densitas = P. BM. 8,7 =,098 kg/m zrt. 0,0806.,65 Faktor keamanan = 0 Desain Blower a. Volume gas 0.54,85 kg/jam Laju alir volumetrik (Q),098 kg/m b. Daya blower Daya blower (P) = 9.9,57 m /jam = 5.497,06 ft /min 44 Q (Perry dan Green, 999) 000 Efisiensi blower (η) = 7 % 44 0, ,06 ft P 000 /min 7,99 hp LC.5 Membran Kontaktor Hollow Fiber (D-0) Fungsi : Memisahkan produk hasil fermentasi berupa CO dari produk utama CH 4. Bentuk : hollow fiber (shell and tube membran) Jumlah : unit Perhitungan : Laju alir masuk = 46.6, kg/hari Densitas gas bio = {(ρ CH 4 x XCH 4 ) + (ρ CO x XCO )} = {(0,77 x 0,) + (,84 x 0,68)} = 0,9 +,9 =,4 kg/m

50 Laju alir volumetrik = = 5.007,6 m /hari = , L/jam Data spesifikasi membran hollow fiber yang sesuai adalah: - Tipe : Ultrafiltrasi - Jenis : Hollow Fiber - Model : U-0 - Material : PP - Dimensi : Dia. x L 0 - Kapasitas : 50 L/jam - Jumlah filter : 4.69 unit (GDP Filter, 0) LC.6 Blower 4 (G-4) Fungsi Jenis Bahan konstruksi Jumlah Kondisi operasi: Temperatur Tekanan Laju alir gas : Mengalirkan gas bio dari Membran Kontaktor Hollow Fiber ke Tangki Akumulasi. : Blower sentrifugal : Carbon Steel : unit = 5 C = 98,5 K = atm =.7,96 kg/jam BM = 6 kg/kmol Densitas = P. BM.6 = 0,654 kg/m zrt.0, ,5 Faktor keamanan = 0

51 Desain Blower a. Volume gas.7,96 kg/jam Laju alir volumetrik (Q) 0,654 kg/m b. Daya blower Daya blower (P) = 4.95,7 m /jam =.905,06 ft /min 44 Q (Perry dan Green, 999) 000 Efisiensi blower (η) = 7 % 44 0,75.905,06 ft P 000 /min 9,5 hp LC.7 Tangki Akumulasi Metana Gas (F-40) Fungsi Bentuk Bahan konstruksi Jumlah Kondisi operasi: Temperatur Tekanan : Menampung metana gas. : Silinder tegak dengan alas dan tutup ellipsoidal : Carbon Steel SA- Grade A : unit = C = 95 K = atm Kebutuhan peranangan = hari Laju alir massa Densitas = P. BM zrt Faktor keamanan = 0 Desain Tangki a. Volume tangki = 8.566,04 kg/jam = ,96 kg/hari.6 = 0,66 kg/m.0, ,96 kg/hari Laju alir volumetrik (Q) = , m /hari 0,66 kg/m Volume gas = , m /hari hari = ,m Volume tangki, V t = ( + 0,) , m =.46.58, m

52 b. Diameter dan tinggi tangki Direnanakan perbandingan tinggi tangki dengan diameter, Hs : D = 5 : 4 Direnanakan perbandingan tinggi head dengan diameter, Hh : D = : 4 dimana: Hs = tinggi shell Hh = tinggi head D = diameter tangki Volume shell tangki (Vs): Volume tutup tangki (Vh): Volume tangki (V):.46.58, V Vs Vh 9 πd 48 Vs Vs Maka: D = 00 m; Hs = 5 m 4 6 πd Hs 5 6 πd Hh Diameter tutup = Diameter tangki = 00 m Tinggi head (Hh): Hh = ¼ D = 5 m Tinggi tangki (Ht): Ht = Hs + Hh = 75 m. Tebal tangki P = nrt V G t RT BM V P = 0,5 kpa 4 πd πd ,96. 0, , = atm Tekanan operasi (Po) = atm = 0,5 kpa P total = Po + P = 0,5 kpa + 0,5 kpa = 0,65 kpa Faktor kelonggaran = 0 % Maka, P design = (,) (0,65 kpa) = 4,8 kpa Joint effiieny = 0,8 (Brownell dan Young, 959) Allowable stress = psia = 0.657,8 kpa (Brownell dan Young, 959)

53 Tebal shell tangki: PD t SE,P (4,8 kpa) (00 m) (0.657,8 kpa) (0,8), (4,8 kpa) 0,6 m 4,96 in Faktor korosi = 0,5 in Tebal shell yang dibutuhkan = 4,96 in + 0,5 in = 5,085 in Tebal shell standar yang digunakan = 5 / 8 in (Brownell dan Young, 959) Tebal tutup tangki: PD t SE 0,P (4,8 kpa) (00m) (0.657,8 kpa) (0,8) 0, (4,8 kpa) 0,6 m 4,96 in Faktor korosi = 0,5 in Tebal head yang dibutuhkan = 4,96 in + 0,5 in = 5,085 in Tebal head standar yang digunakan = 5 / 8 in (Brownell dan Young, 959) LC.8 Kompresor (G-4) Fungsi Jenis Jumlah Kondisi operasi: Temperatur masuk : Menaikkan tekanan gas CH 4 dari bar menjadi 60 bar. : Multistage reiproating ompressor : unit =, C = 95,8 K Tekanan masuk = bar = 00 kpa = 0,987 atm =.088,55 lbf/ft Tekanan keluar = 60 bar = kpa = 59, atm = 5.,8 lbf/ft Laju alir gas Densitas = = 8.566,04 kg/jam = ,96 kg/hari P. BM 0,987.6 = 0,66 kg/m = 0,04 lb/ft zrt.0, ,8 Faktor keamanan = 0

54 Desain Kompresor a. Volume gas ,96 kg/hari Laju alir volumetrik (Q) = , m /hari 0,66 kg/m b. Daya kompresor = 5.474,75 ft /menit = 44,58 ft /s -5,0.0 k Ns P P k P qfm P (k) / k.ns dimana : P = daya yang dibutuhkan (hp) N s = jumlah tahap kompresi (Peters, 004) qfm l = laju alir gas volumetrik (ft /menit) P = tekanan masuk (lbf/ft ) P = tekanan keluar (lbf/ft ) k = rasio panas spesifik gas CO =, (Perry, 999) -5,0.0, P, 4 5.,8.088, ,75.088,55 (,) /,. 4 P = 796,7 hp Efisiensi kompresor (η) = 7 % P 796,7 0, ,9 hp. Temperatur keluaran kompresor T P (k) / k.ns T P (Peters, 004) T 5.,8 95,8.088,55 T = 7,8 K = 99,0 o C d. Diameter pipa ekonomis (,) /,. 4 Diameter pipa ekonomis (De) dihitung dengan persamaan : De =,9 (Q) 0,45 ( ) 0, (Peters, 004) =,9 (44,58) 0,45 (0,04) 0, = 9,07 in

55 Dipilih material pipa ommerial steel 4 in Shedule XS : Diameter dalam (ID) = 4 in =,4 ft =,04 m Diameter luar (OD) = 4 in =,5 ft =,07 m Luas penampang (A) = 0,7 ft (Brownell dan Young, 959) LC.9 Cooler (E-40) Fungsi Tipe Jumlah : Menurunkan suhu gas metana yang keluar dari kompresor dari 99,0 C menjadi 6,85 o C. : Shell and tube heat exhanger : unit Fluida panas (gas metana) Laju alir umpan masuk = 8.566,04 kg/jam = 6.977, lbm/jam Temperatur awal (T ) = 99,0 C = 0,5 F Temperatur akhir (T ) = 6,85 C = 80, F Fluida dingin (air pendingin) Laju alir air masuk = 4.50,6 kg/jam = lbm/jam Temperatur awal (t ) = 5 C = 77 F Temperatur akhir (t ) = 55 C = F Panas yang diserap (Q) = ,7 kj/jam = ,5 Btu/jam. t = beda suhu sebenarnya Fluida Panas Fluida dingin Selisih T = 0,5 F Temperatur lebih tinggi t = F t = 79,5F T = 80, F Temperatur lebih rendah t = 77F t =,F T T = 9,9F Selisih t t = 54F t t = -75,9F

56 Δt Δt LMTD Δt ln Δt T R t T t - 75,9, ln 79,5 9,9,4 54,94 F t t S T t 54 0,4 0,5 77 Untuk R =,4 dan S = 0,4, diperoleh F T = 0,9 HE (Gbr. 0, Kern, 965) Maka t = F T LMTD = 0,9 8, = 6,06 F untuk -6 shell and tube. T dan t T t T T 0,5 80, = 45,9 F t t 77 = 04 F. Design overall oeffiient (U D ) a. Dari Tabel 8, Kern (965), ooler untuk fluida panas medium organi dan fluida dingin air diperoleh U D = 50-5 Diestimasi U D = 5 Btu/jam ft F Luas permukaan untuk perpindahan panas, Q ,5 Btu/jam A.469,0ft U Btu D Δt o 5 6,06 F o jam ft F Data tube yang digunakan: OD tube = ¾ in Pith, P T = in square pith BWG = 6 ID = 0,6 in (Tabel 0, Kern) Panjang = 6 ft a = 0,96 ft /ft (Tabel 0, Kern) A.469,0 Jumlah tube, Nt 467,7 buah L a' 6 0,96 Dari Tabel 9, Kern (965), untuk ¾ in OD tube in square pith, maka jumlah tube terdekat yang dipilih adalah 468 tubes dengan shell ID 9 in. b. Koreksi U D A = 468 x 6 x 0,96 = 469,89 ft

57 Q ,5 Btu/jam Btu 4,9 A Δt.469,89ft 6,06F jam ft F U D Fluida dingin : sisi tube (air pendingin) 4. Flow area tube, Jumlah tube pass, n = 6 Flow area tiap tube, a t = 0,0 in a t ' Nt a t 468 0,0 0,6 ft 44 n Keepatan massa G t W a t ,6 lbm jam.ft = Bilangan Reynold Pada t = 04 F = 0,69 P =,6698 lb m /ft jam (Gbr.4, Kern) (Kern, 965) 0,6 D = 0,05 ft (Kern, 965) Re Re t t D G μ t 0, , Taksir jh dari Gbr.4, Kern L/D = 09,67, diperoleh jh = Pada t = 04 F = 0,99 Btu/lb m F (Kern, 965) k = 0,6 Btu/jam.ft ( o F/ft) (Kern, 965) Fluida panas : sisi shell,(gas metana) 4. Flow area shell Jumlah shell pass, n = D s = Diameter dalam shell =,5 in B = baffle spaing = in P T = tube pith = in C = learane = P T OD tube C = ¾ = 0,5 in a a s s Ds C' B 44 P n' T,5 0,5 0,47 ft 44. Keepatan massa G s W a s 6.977, 0,476 lbm jam.ft = ,5. Bilangan Reynold Pada T = 45,9 F = 0,05 P = 0,078 lb m /ft jam (Gbr.4, Kern) D e Re s Re s 0,95 0,079 ft (Kern, 965) D e G μ 0,08 s.7.84, 46.75,5 0,078

58 9. μ k h i t h i t j H 80 D 0,99,6698 0,6 k μ k 0,6 0,05,66 h i = 6,9 Btu/jam.ft. o F t 0. Koreksi hi/φt terhadap permukaan h io t h i t ID OD Anggap: t,66 7. Taksir jh dari Gbr.8, Kern (965), diperoleh jh = Pada T = 45,9 F 9. = 0,57 Btu/lb m F (Kern, 965) k = 0,0 Btu/jam.ft ( o F/ft) (Kern, 965) μ k h o s h o s j H 0,57 0,078 0,0 k De μ k 0, ,95 0,079 h o = 5, Btu/jam.ft. o F s 0,9 h io 6,9 0,6 0,75 h io = 5,9 Btu/jam.ft. o F Anggap: s h o = 5, Btu/jam.ft. o F. Clean Overall oeffiient, U C U R C d h h io o h h io o U U C C U U D D 5,95, 7,9 Btu/jam ft 5,9 5, 7,9 78 0,004 7,9 78 F R d hitung R d batas ketentuan, dimana R d batas yang diizinkan adalah sebesar 0,00 maka spesifikasi ooler dapat diterima. Pressure Drop Fluida dingin : sisi tube (air pendingin). Untuk Re t = f = 0,000 (Kern, 965) s = Fluida panas : sisi shell (gas metana). Re s =.7.84, f = 0,0007 (Kern, 965) s = 0,55

59 f.g t.l.n. Pt 0 5,.0.ID. s. 0,000.(599.45).6.6 5,.0.0,6.. Pt 0 P t = 0, psi. Untuk Gt = V = 0,0 (Kern, 965).g' 4n V 4.6 Pr 0,0 0,74 psi s.g' P T = P t + P r = 0, + 0,74 P T =,06 psi P T yang diperbolehkan = 0 psi t.. N N D s P s L B 6 6,5,77 ft f.g.ds.(n ) s 5,.0 0.De. s. 0,0007.(46.675,5).,77.6 5,.0.0,079. 0,55. Ps 0 P s =,59 psi P s yang diperbolehkan = 0 psi s LC.0 Heat Exhanger I (E-440) Fungsi : Menurunkan suhu gas metana 60 bar dari 6,85 o C menjadi -9,55 o C dengan menggunakan media pendingin gas metana reyle. Tipe : Shell and tube heat exhanger Jumlah : unit Fluida panas (gas metana) Laju alir umpan masuk = 8.566,04 kg/jam = 6.977, lbm/jam Temperatur awal (T ) = 6,85 C = 80, F Temperatur akhir (T ) = -9,55 C = -,9 F Fluida dingin (metana reyle) Laju alir fluida masuk = 5.8, kg/jam = ,9 lbm/jam Temperatur awal (t ) = -45,95 C = -50,7 F Temperatur akhir (t ) =,85 C = 7, F

60 Panas yang diserap (Q) = , kj/jam =..465,9 Btu/jam. t = beda suhu sebenarnya Fluida Panas Fluida dingin Selisih T = 80, F Temperatur lebih tinggi t = 7,F t = 9F T = -,9 F Temperatur lebih rendah t = -50,7F t = 47,5F T T = 8,5F Selisih t t =,04F t t = 8,5F Δt Δt LMTD Δt ln Δt 8,5,5 F 47,5 ln 9 T R t T t 8,5,04 0,684 t t S T t,04 0,9 80, ( 50,7) Untuk R = 0,684 dan S = 0,9, diperoleh F T = 0,85 untuk 4-8 shell and tube HE (Kern, 965) Maka t = F T LMTD = 0,85,5 = 9,68 F. T dan t T t T T 80, (,9) = 8,57 F t t 50,7 7, = 0, F. Design overall oeffiient (U D ) a. Dari Tabel 8 Kern (965), diestimasi U D = 55 Btu/jam ft F Luas permukaan untuk perpindahan panas, Q..465,9 Btu/jam A.7, ft U Btu D Δt o 55 9,68 F o jam ft F

61 Data tube yang digunakan: OD tube = ¾ in Pith, P T = in square pith BWG = 6 ID = 0,6 in (Tabel 0, Kern) Panjang = 6 ft a = 0,96 ft /ft (Tabel 0, Kern) A.7, Jumlah tube, Nt 680,5 buah L a' 6 0,96 Dari Tabel 9, Kern (965), untuk ¾ in OD tube in square pith, maka jumlah tube terdekat yang dipilih adalah 748 tubes dengan shell ID 5 in. b. Koreksi U D A = 748 x 6 x 0,96 = 49, ft Q..465,9 Btu/jam Btu 50 A Δt 49,ft 9,68F jam ft F U D Fluida panas : sisi tube (gas metana) 4. Flow area tube, Jumlah tube pass, n = 8 Flow area tiap tube, a t = 0,0 in a t (Kern, 965) ' Nt a t 748 0,0 0,96 ft 44 n Keepatan massa G t W a t 6.977, 0,96 lbm jam.ft =.,8 6. Bilangan Reynold Pada t = 0, F = 0,0098 P = 0,04 lb m /ft jam (Kern, 965) 0,6 D = 0,05 ft (Kern, 965) Fluida dingin : sisi shell,( metana reyle) 4. Flow area shell Jumlah shell pass, n = 4 D s = Diameter dalam shell = 9,5 in B = baffle spaing = in P T = tube pith = in C = learane = P T OD tube C = ¾ = 0,5 in a a s s Ds C' B 44 P n' T 9,5 0,5 0,0 ft Keepatan massa G s W a s ,9 0,0 lbm jam.ft = Bilangan Reynold Pada T = 8,57 F

62 Re Re t t D G μ t 0,05., ,7 0,04 7. Taksir jh dari Gbr.4, Kern (965) L/D = 09,67, diperoleh jh = Pada t = 0, F 9. = 0,505 Btu/lb m F (Kern, 965) k = 0,06 Btu/jam.ft ( o F/ft) (Kern, 965) μ k h i t j H h i t D 0,505 0,04 0,06 k μ k 0, , 90 0,05 h i = 80,5 Btu/jam.ft. o F t 0. Koreksi hi/φt terhadap permukaan h io t h i t ID OD Anggap: t h io 80,5 0,6 0,75 h io =,9 Btu/jam.ft. o F 0,90 = 0,0 P = 0,066 lb m /ft jam D e Re Re s (Kern, 965) 0,95 0,079 ft (Kern, 965) s D e G μ , s 0, , Taksir jh dari Gbr.8, Kern (965), diperoleh jh = Pada T = 8,57 F 9. = 0,59 Btu/lb m F (Kern, 965) k = 0,0 Btu/jam.ft ( o F/ft) (Kern, 965) μ k h o s h o s j H 0,59 0,066 k De 0,0 μ k 0, ,9 0,079 h o = 447,5 Btu/jam.ft. o F s Anggap: s h o = 447,5 Btu/jam.ft. o F 0,9. Clean Overall oeffiient, U C U C h h io o h h io o,9 447,5 5,7 Btu/jam ft,9 447,5 F

63 R d U U C C U U D D 5,7 54,7 5,7 54,7 0,006 R d hitung R d batas ketentuan, dimana R d batas yang diizinkan adalah sebesar 0,00 maka spesifikasi heat exhanger dapat diterima. Pressure Drop Fluida panas : sisi tube (gas metana). Untuk Re t = ,7. f = 0,00009 (Kern, 965) s = 0,55 f.g Pt 5,.0 t 0.L.n.ID. s. 0,00009.(.,8).6.8 5,.0.0,05.0,55. Pt 0 P t = 0,8 psi. Untuk Gt =.,8 V = 0,06 (Kern, 965).g' 4n V 4.8 Pr 0,06 0,9 psi s.g' 0,55 P T = P t + P r = 0,8 + 0,9 P T =,7 psi P T yang diperbolehkan = 0 psi t Fluida dingin : sisi shell,( metana reyle). Re s =.680.0,.. f = 0,0008 (Kern, 965) s = 0,55 N L B 6 N 6 D s P s 9,5,604 ft f.g.ds.(n ) s 5,.0 0.De. s. 0,0008.( )., ,.0.0,079. 0,55. Ps 0 P s =,8 psi P s yang diperbolehkan = 0 psi s LC. Blower 5 (G-444) Fungsi Jenis Bahan konstruksi Jumlah Kondisi operasi: Temperatur : Mengalirkan gas bio dari Heat Exhanger I ke Splitter : Blower sentrifugal : Carbon Steel : unit = -0 C = 5,5 K

64 Tekanan Laju alir gas = atm = 8.566,04 kg/jam BM = 6 kg/kmol Densitas = P. BM.6 = 0,77 kg/m zrt.0, ,5 Faktor keamanan = 0 Desain Blower a. Volume gas 8.566,04 kg/jam Laju alir volumetrik (Q) 0,77 kg/m b. Daya blower Daya blower (P) = 7.098,75 m /jam =.85,5 ft /min 44 Q (Perry dan Green, 999) 000 Efisiensi blower (η) = 7 % 44 0,75.85,5 ft /min P 000 7,46 hp LC. Heat Exhanger II (E-450) Fungsi : Menurunkan suhu gas metana 60 bar dari -9,55 o C menjadi -75,55 o C dengan menggunakan media pendingin gas metana reyle. Tipe : Shell and tube heat exhanger Jumlah : unit Fluida panas (gas metana) Laju alir umpan masuk =.44,5 kg/jam = 47. lbm/jam Temperatur awal (T ) = -9,55 C = -,9 F Temperatur akhir (T ) = -75,55 C = -0,99 F

65 Fluida dingin (metana reyle) Laju alir fluida masuk = 5.8, kg/jam = ,9 lbm/jam Temperatur awal (t ) = -6,65 C = -58,97 F Temperatur akhir (t ) = -45,95 C = -50,7 F Panas yang diserap (Q) = ,5 kj/jam = ,5 Btu/jam. t = beda suhu sebenarnya Fluida Panas Fluida dingin Selisih T = -,9 F Temperatur lebih tinggi t = -50,7F t = 47,5F T = -0,99 F Temperatur lebih rendah t = -58,97F t = 54,98F T T = 00,80F Selisih t t = 08,6F t t = 07,46F Δt Δt LMTD Δt ln Δt T R t T t t t S T t 00,80 08,6 07,46 90,90 F 54,98 ln 47,5 0,484 08,6 0,84,9 ( 58,97) Untuk R = 0,484 dan S = 0,84, diperoleh F T = 0,88 untuk -4 shell and tube HE (Gbr. 9, Kern, 965) Maka t = F T LMTD = 0,88 90,90 = 79,99 F. T dan t T t T T,9 ( 0,99) = -5,59 F t t 58,97 ( 50,7) = -54,84 F. Design overall oeffiient (U D ). Dari Tabel 8 Kern (965), diestimasi U D = 50 Btu/jam ft F

66 Luas permukaan untuk perpindahan panas, Q ,5 Btu/jam A.47,4 ft U Btu D Δt o 50 79,99 F o jam ft F Data tube yang digunakan: OD tube = in Pith, P T = ¼ in square pith BWG = 6 ID = 0,87 in (Tabel 0, Kern) Panjang = 6 ft a = 0,68 ft /ft (Tabel 0, Kern) A.47,4 Jumlah tube, Nt 5,5 buah L a' 6 0,68 Dari Tabel 9, Kern (965), untuk in OD tube ¼ in square pith, maka jumlah tube terdekat yang dipilih adalah 80 tubes dengan shell ID in. d. Koreksi U D A = 80 x 6 x 0,68 =.59,7 ft Q ,5 Btu/jam Btu 46,5 A Δt.59,7 ft 79,99F jam ft F U D Fluida dingin : sisi tube (metana reyle) 4. Flow area tube, Jumlah tube pass, n = 4 Flow area tiap tube, a t = 0, 94 in a t (Kern, 965) ' Nt a t 80 0,594 0,9 ft 44 n Keepatan massa G t W a t 47. 0,9 lbm jam.ft =.0, Fluida panas : sisi shell,(gas metana) 4. Flow area shell N = Jumlah shell pass, n = D s = Diameter dalam shell = 7,5 in B = baffle spaing = in P T = tube pith = ¼ in C = learane = P T OD tube C = ¼ = 0,5 in a a s s DsC' B 44 P n' T 7,5 0,5 0,4 ft 44. Keepatan massa

67 6. Bilangan Reynold Pada t = -54,84 F = 0,006 P = 0,05 lb m /ft jam (Kern, 965) 0,87 D = 0,07 ft (Kern, 965) Re Re t t D G μ t 0,07.0, ,5 0,05 7. Taksir jh dari Gbr.4, Kern L/D = 0,69, diperoleh jh = Pada t = -54,84 F 9. = 0,4 Btu/lb m F (Kern, 965) k = 0,009 Btu/jam.ft ( o F/ft) (Kern, 965) μ k h i t j H h i t D 0,4 0,05 0,009 k μ k 0, , 89 0,07 h i = 0,7 Btu/jam.ft. o F t 0. Koreksi hi/φt terhadap permukaan h io t h i t ID OD Anggap: t h io 0,7 0,87 0,89 G s W a s ,9 0,4 lbm jam.ft = ,4. Bilangan Reynold Pada T = -5,59 F = 0,008 P = 0,096 lb m /ft jam (Kern, 965) D e Re Re s 0,99 0,08 ft (Kern, 965) s D e G μ ,96 s 0, ,4 0, Taksir jh dari Gbr.8, Kern (965), diperoleh jh = Pada T = -5,59 F 9. = 0,47 Btu/lb m F (Kern, 965) k = 0,04 Btu/jam.ft ( o F/ft) (Kern, 965) μ k h o s h o s j H k 0,47 0,096 De 0,04 μ k 0, ,87 0,08 h o =, Btu/jam.ft. o F s Anggap: s 0,87

68 h io = 05 Btu/jam.ft. o F h o =, Btu/jam.ft. o F. Clean Overall oeffiient, U C U R C d h h io o h h io o U U C C U U D D 05, 58,5 Btu/jam ft 05, 58,5 4,8 0,006 58,5 4,8 F R d hitung R d batas ketentuan, dimana R d batas yang diizinkan adalah sebesar 0,00 maka spesifikasi heat exhanger dapat diterima. Pressure Drop Fluida dingin : sisi tube (metana reyle). Untuk Re t = ,5 f = 0,00009 (Kern, 965) s = 0,55. f.g Pt 5,.0 5,.0 t 0.L.n.ID. s. 0,000.(.0,) Pt 0 P t = 0,044 psi.0,07.0,55. t.6.4 Fluida panas : sisi shell,(gas metana). Re s = ,96. f = 0,0008 (Kern, 965) s = 0,55 N N D s L B 6 6 7,5,47 ft. Untuk Gt =.0,. P s f.g.ds.(n ) s 5,.0 0.De. s. s V = 0,004 (Kern, 965).g' 4n V 4.4 Pr 0,004 0,07 psi s.g' 0,55 P T = P t + P r = 0, ,07 P T = 0,4 psi P T yang diperbolehkan = 0 psi 0,0008.( 5,.0 Ps 0 ).,47.6.0,08. 0, ,4 P s =, psi P s yang diperbolehkan = 0 psi

69 LC. Ekspander (G-45) Fungsi : Mengekspansikan draw-off gas metana 60 bar dari heat exhanger II menjadi saturated metana bar untuk menghasilkan kerja (Ws) untuk digunakan pada kompresor. Jenis : Ekspander sentrifugal Jumlah : unit Kondisi operasi: Tekanan masuk = 60 bar = kpa = 59, atm Tekanan keluar = bar = 00 kpa = 0,987 atm Laju alir gas = 7.4,5 kg/jam = 7.96,4 kg/hari Faktor keamanan = 0 Desain Ekspander a. Temperatur Ekspander Alur (T o in C, 60 bar) Alur 6 (-6,65 o C, bar) Perhitungan T in dilakukan dengan menggunakan persamaan neraa energi. Dari data termodinamika saturated metana (Perry dan Green, 999) T 6 =,5 K = -6,65 o C H 6 = 796,90 kj/kg = 750,40 kj/kmol (saturated vapor) Energi keluar = F 6. H 6 = 7.96,4. 796,90 = ,7 kj/hari Temperatur pada alur masuk diperoleh dengan menggunakan metode trial and error. Diperoleh temperatur pada alur masuk ekspander yaitu T in = -0 o C atau 5 K. Alur 4: T = 5 K dan P = 60 bar Dari data termodinamika superheated metana (Perry dan Green, 999) H = 009,80 kj/kg = 6.56,80 kj/kmol S = 8,88 kj/kg

70 Dari data termodinamika saturated metana (Perry dan Green, 999) H l = 84,7 kj/kg H v = 796,6 kj/kg H v -H l = 5,87 kj/kg S l = 4,9 kj/kg S v = 9,56 kj/kg S v - S l = 4,604 kj/kg S 6 = S 4 = 8,88 kj/kg S 6 = S l + x (S v S l ) 8,88 = 4,9 + x (4,604) x = 0,86 H 6 = H l + x (H v H l ) H 6 = 84,7 + 0,86 (5,87) = 74,94 kj/kg H aktual = η H isentropis H 6 H = 0,7 (H 6 H 6 ) H 6 = 79, kj/kg 79,90 kj/kg (Trial T in diterima) b. Daya Ekspander Energi masuk = F. H dw dt = 7.96,4. 009,80 = , kj/hari = F ( H)aktual = Q out Q in dw = , , dt dw dt Ws = ,5 kj/hari (menghasilkan kerja) = -49,8 kj/s = -49,8 kw = -56, hp LC.4 Blower 6 (G-445) Fungsi Jenis Bahan konstruksi Jumlah : Mengalirkan metana reyle dari Flash Drum ke Heat Exhanger II. : Blower sentrifugal : Carbon Steel : unit

71 Kondisi operasi: Temperatur Tekanan Laju alir gas BM = 6 kg/kmol Densitas = P. BM zrt = -6,5 C =,65 K = atm Faktor keamanan = 0 Desain Blower a. Volume gas = 8.96,57 kg/jam.6 =,75 kg/m. 0,0806., ,57 kg/jam Laju alir volumetrik (Q),75 kg/m b. Daya blower Daya blower (P) = 0.98,04 m /jam = 6.0,06 ft /min 44 Q (Perry dan Green, 999) 000 Efisiensi blower (η) = 7 % 44 0,75 6.0,06 ft /min P 000 0,0 hp LC.5 Blower 7 (G-4) Fungsi Jenis Bahan konstruksi Jumlah Kondisi operasi: Temperatur Tekanan Laju alir gas BM = 6 kg/kmol : Mengalirkan metana reyle dari Heat Exhanger II ke Heat Exhanger I. : Blower sentrifugal : Carbon Steel : unit = -46 C = 7,5 K = atm = 5.8,08 kg/jam

72 Densitas = P. BM zrt Faktor keamanan = 0 Desain Blower a. Volume gas.6 = 0,86 kg/m.0, ,5 5.8,08 kg/jam Laju alir volumetrik (Q) 0,86 kg/m b. Daya blower Daya blower (P) = 7.84,98 m /jam = 0.497,7 ft /min 44 Q (Perry dan Green, 999) 000 Efisiensi blower (η) = 7 % 44 0, ,7 ft P 000 /min 4,5 hp LC.6 Blower 8 (G-4) Fungsi Jenis Bahan konstruksi Jumlah Kondisi operasi: Temperatur Tekanan Laju alir gas BM = 6 kg/kmol Densitas = P. BM zrt : Mengalirkan metana reyle dari Heat Exhanger I ke Tangki Akumulasi. : Blower sentrifugal : Carbon Steel : unit = C = 95,5 K = atm Faktor keamanan = 0 = 5.8,08 kg/jam.6 = 0,66 kg/m.0, ,5

73 Desain Blower a. Volume gas 5.8,08 kg/jam Laju alir volumetrik (Q) 0,66 kg/m b. Daya blower Daya blower (P) = 8.9,0 m /jam =.596, ft /min 44 Q (Perry dan Green, 999) 000 Efisiensi blower (η) = 7 % 44 0,75.596,ft /min P 000 7,95 hp LC.7 Flash Drum (F-460) Fungsi Bentuk Bahan konstruksi Jumlah Kondisi operasi: Temperatur Tekanan Laju alir gas Laju alir airan Densitas gas = P. BM zrt : Memisahkan CH 4 air dan CH 4 gas (yang tidak menair) yang berada dalam kesetimbangan. : Silinder tegak dengan alas dan tutup ellipsoidal : Carbon Steel SA- Grade A : unit = -6,65 C =,5 K = bar = 0,987 atm = 8.96,6 kg/jam = 46.78,4 kg/hari = 7.94,9 kmol/hari =.8 kg/jam = kg/hari = 4.84 kmol/hari 0,987.6 =,76 kg/m = 0,08 lb/ft. 0,0806.,5 Densitas airan = 4,6 kg/m = 6,6 lb/ft (Sudrajat, 00)

74 Desain Tangki a. Volume tangki BM N ,9 Volume gas, V = 5.0,4 m /hari,76 = 0,4 ft /s kg/hari Laju alir volumetrik airan, Q 4,6 kg/m = 8, m /hari = 0,075 ft /s b. Diameter dan tinggi tangki Direnanakan perbandingan tinggi head dengan diameter, Hh : D = : 4 ρ airan Keepatan linear yang diizinkan, u = 0,4 (Walas, 988) ρ gas 6,6 = 0,4 =,86 ft/s 0,08 Diameter tangki : D = V gas ( /4)u 0,4 ( / 4)(,86) 7,76 ft Dipilih diameter tangki = 7,8 ft =,7 m Tinggi kolom uap minimum = 5,5 ft Waktu tinggal = 0 menit = 600 detik V 0, Tinggi airan, L airan = ( /4)D ( / 4)(7,5) (Walas, 988) =,0 ft = 0, m Panjang kolom : L = L airan + L uap =,0 + 5,5 = 6,5 ft Panjang kolom yang diambil = 7,8 ft =,7 m sehingga L/D = Tinggi head (Hh): Hh = ¼ D =,95 ft = 0,59 m Tinggi tangki Flash Drum (Ht): Ht = L + Hh =,7 ft =,57 m. Tebal shell Tangki Tekanan hidrostatik: P = g h = 4,6 kg/m 9,8 m/s 0, m =.84 Pa =,8 kpa Tekanan operasi (Po) = 0,987 atm = 00 kpa

75 P total = Po + P = 00 kpa +,8 kpa = 0,8 kpa Faktor kelonggaran = 0 % Maka, P design = (,) (0,8 kpa) =,54 kpa Joint effiieny = 0,8 (Brownell dan Young, 959) Allowable stress = psia = 0.657,8 kpa (Brownell dan Young, 959) Tebal shell tangki: PD t SE,P (,54 kpa) (,7 m) (0.657,8 kpa) (0,8), (,54 0,005 m 0,059 in kpa) Faktor korosi = 0,5 in Tebal shell yang dibutuhkan = 0,059 in + 0,5 in = 0,84 in Tebal shell standar yang digunakan = / 6 in (Brownell dan Young, 959) Tebal tutup tangki: PD t SE 0,P (,54 kpa) (,7 m) (0.657,8 kpa) (0,8) 0, (,54 0,005 m 0,059 in kpa) Faktor korosi = 0,5 in Tebal head yang dibutuhkan = 0,059 in + 0,5 in = 0,84 in Tebal head standar yang digunakan = / 6 in (Brownell dan Young, 959) LC.8 Pompa (L-5) Fungsi : Memompa metana air dari flash drum ke tangki penampung metana air. Jenis Bahan konstruksi Jumlah : Pompa sentrifugal : Commerial steel : unit Kondisi operasi: Tekanan = atm

76 Temperatur = -6,5 C Laju alir massa (F) =.056,78 kg/jam =,87 lb/s Densitas () = 4,6 kg/m = 6,6 lb/ft (Geankoplis, 00) Viskositas slurry ( ) = 0,88 P =,6.0-4 lb/fts (Geankoplis, 00) Perhitungan a. Laju alir volumetrik F,87 lb/detik Laju alir volumetrik, Q = 0,07 ft /s ρ 6,6 lb/ft b. Diameter optimum Perenanaan Diameter Pipa Pompa Untuk aliran turbulen (Nre >00), Di,opt =,9 Q 0,45 ρ 0, (Peters, 004) dengan: Di,opt = diameter optimum (m) ρ = densitas (lbm/ft ) Q = laju volumetrik (ft /s) Di,opt =,9 (Q) 0,45 () 0, =,9 (0,07 m /s) 0,45 (6,6 kg/m ) 0, =,8 in. Spesifikasi pipa Dari buku Geankoplis App A.5, dipilih pipa ommerial steel : Ukuran nominal : in Shedule number : 40 Diameter Dalam (ID) :,067 in = 0,7 ft = 0,05 m Diameter Luar (OD) :,75 in Luas penampang dalam (A t ) : 0,0 ft d. Keepatan linear Q 0,07ft / s Keepatan linear : v = = A 0,0ft =,047 ft/s e. Bilangan Reynold N Re = v D (6,6 lb / ft =,6.0 = 08.66,79 aliran turbulen )(,047 ft / s)(0,7 ft) -4 lbm/ft.s

77 f. Faktor fanning Dari Gbr..0-, (Geankoplis, 00) : - Untuk pipa ommerial steel, diperoleh: ε = 4, Untuk N Re = 08.66,79 dan g. Instalasi pipa Frition Loss: A Sharp edge entrane: h = 0,5 A = 0,0009, diperoleh f = 0,006 D v..g = (,047) 0,5( 0) = 0,07 ft.lbf/lbm ()(,74) v elbow 90 : h f = n.kf.. g = 4 (0,75) (,047) = 0,4 ft.lbf/lbm (,74) v hek valve: h f = n.kf.. g = (,0) (,047) = 0,577 ft.lbf/lbm (,74) Pipa lurus 00 ft: L v F f = 4f D... g = 4 (0,006) 00(,047) 0,7..,74 =,07 ft.lbf/lbm Sharp edge exit: h ex = n.kex A A v.. g Total frition loss : Tinggi pemompaan, z = 0 ft Stati head, z g g = (,0) 0 F =,6 ft.lbf/lbm = 0 ft.lbf/lbm (,047) = 0,44 ft.lbf/lbm,74

78 v Veloity head, g Pressure head, h. Daya pompa = 0 ft.lbf/lb P = 0 ft.lbf/lb Dari persamaan Bernoulli : v g z g g P F W s 0 (Geankoplis, 00),74ft/s 0 0 ft 0,6ft.lbf/lbm W 0,74ft.lb/lbf.s Ws = -,6 ft.lbf/lbm Untuk efisiensi pompa 80, maka: Daya pompa: P = Ws m 550,6,87 P = 550 0,8 0,099hp Maka dipilih pompa dengan daya motor / 0 hp. s LC.9 Tangki Penampung Metana Cair (F-50) Fungsi : Menampung metana air. Bentuk : Silinder tegak dengan alas dan tutup ellipsoidal Bahan konstruksi : Carbon Steel SA- Grade A Jumlah : unit Kondisi operasi: Temperatur = -6,65 C =,5 K Tekanan = bar = 0,987 atm Kebutuhan peranangan = hari Laju alir massa = kg/hari Densitas = 4,6 kg/m (Sudrajat, 00) Faktor keamanan = 0

79 Desain Tangki a. Volume Tangki kg/hari Laju alir volumetrik (Q) = 8, m /hari 4,6 kg/m Volume metana = 8, m /hari hari = 8, m Volume tangki, V t = ( + 0,) 8, m = 0 m b. Diameter dan tinggi tangki Direnanakan perbandingan tinggi tangki dengan diameter, Hs : D = 5 : 4 Direnanakan perbandingan tinggi head dengan diameter, Hh : D = : 4 dimana: Hs = tinggi shell Hh = tinggi head D = diameter tangki Volume shell tangki (Vs): Volume tutup tangki (Vh): Volume tangki (V): V Vs Vh 0 9 πd 48 Maka: D = 5,6 m; Hs = 7 m Vs Vs 4 6 πd Hs πd Hh Diameter tutup = Diameter tangki = 5,6 m Tinggi head (Hh): Hh = ¼ D =,4 m Tinggi tangki (Ht): Ht = Hs + Hh = 9,8 m. Tebal tangki Tinggi airan dalam tangki = πd πd Volume bahan Tinggi Volume tangki 8, Tinggi airan dalam tangki = 9, 8 = 8, m 0 Tekanan hidrostatik: P = g h tangki = 4,6 kg/m 9,8 m/s 8, m =.96,7 Pa =,96 kpa Tekanan operasi (Po) = 0,987 atm = 00 kpa

80 P total = Po + P = 00 kpa +,96 kpa =,96 kpa Faktor kelonggaran = 0 % Maka, P design = (,) (,96 kpa) = 60,75 kpa Joint effiieny = 0,8 (Brownell dan Young, 959) Allowable stress = psia = 0.657,8 kpa (Brownell dan Young, 959) Tebal shell tangki: PD t SE,P (60,75 kpa) (5,6 m) (0.657,8 kpa) (0,8), (60,75 kpa) 0,005 m 0,97 in Faktor korosi = 0,5 in Tebal shell yang dibutuhkan = 0,97 in + 0,5 in = 0, in Tebal shell standar yang digunakan = 5 / 6 in (Brownell dan Young, 959) Tebal tutup tangki: PD t SE 0,P (60,75 kpa) (5,6 m) (0.657,8 kpa) (0,8) 0, (60,75 kpa) 0,005 m 0,97 in Faktor korosi = 0,5 in Tebal head yang dibutuhkan = 0,97 in + 0,5 in = 0, in Tebal head standar yang digunakan = 5 / 6 in (Brownell dan Young, 959)

81 LAMPIRAN D PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN UTILITAS LD. Sreening (SC) Fungsi Jenis Jumlah : Menyaring partikel padat yang besar pada air sungai. : Bar sreen : unit Bahan konstruksi : Stainless steel Kondisi operasi: Temperatur = 0 C Densitas air = 995,68 kg/m (Geankoplis, 00) Dari Bab VII, total kebutuhan air adalah sebesar 5.579,4 kg/hari, sehingga: Laju alir massa = 5.579,4 kg/hari = 4.649,4 kg/jam 4.649,4 kg/jam jam/600 Laju alir volume (Q) = 995,68 kg/m s = 0,004 m /s Dari Tabel 5. Physial-Chemial Treatment of Water and Wastewater (00), direnanakan: Ukuran bar: Lebar Tebal Slope = 5 mm = 0 mm = 0 o Bar lear spaing = 0 mm Direnanakan ukuran sreening: Panjang = 0,5 m Lebar = 0,5 m Misalkan, jumlah bar = x Maka, 0 x + 0 (x + ) = x = 480 x = buah Luas bukaan (A ) = 0 ( + ) (500) = mm = 0, m

82 Asumsi, untuk pemurnian air sungai menggunakan bar sreen, diperkirakan C d (oeffisient of disharge) = 0,6 dan 0 % sreen tersumbat (Metalf dan Eddy, 99). Q (0,004) Head loss (h) = g C A (9,8) (0,6) (0,) d = 0,000 m dari air Gambar LD. Sketsa Sebagian Bar Sreen, Satuan mm (Tampak Atas) LD. Pompa Sreening (PU-0) Fungsi : Memompa air dari sungai ke bak sedimentasi. Jenis : Pompa sentrifugal Bahan konstruksi : Commerial steel Jumlah : unit Kondisi operasi: Tekanan = atm Temperatur = 0 C Laju alir massa (F) = 5.579,4 kg/hari = 4.649,4 kg/jam = 8,97 lb m /s Densitas () = 995,68 kg/m = 6, lb m /ft (Geankoplis, 00) Viskositas () = 0,8007 P = 5,8.0-4 lb m /ft.s (Geankoplis, 00) Perhitungan a. Laju alir volumetrik F 8,97 lb m/det Laju alir volumetrik: Q = 0,4 ft /s ρ 6,lb /ft m