Gambar 3.9 Diagram alir uap pada ketel uap
Gambar 3.10 Diagram T-S
3.3 Pemilihan Bahan Bakar Ketel Uap
Uap yang dihasilkan oleh ketel uap membutuhkan sejumlah panas, dimana panas tersebut diperoleh dari bahan bakar yang dibakar. Pemilihan bahan baker yang
digunakan untuk memenuhi kebutuhan panas pada ketel uap, dengan pertimbangan faktor – faktor sebagai berikut :
Ke Proses Back Pressure Vessel
Ketel Superheater
BPV Turbin
Tangki Air Bersih
Dearator pompa
pompa
Universitas Sumatera Utara
• Nilai pembakaran tinggi
• Mudah di dapat dan tersedia dalam jumlah banyak
• Harganya yang ekonomis
Pada perencanaan ini, bahan bakar yang digunakan untuk memberikan sejumlah panas pada pipa – pipa ketel uap adalah cangkang dan serabut yang diperoleh dari hasil
pengolahan kelapa sawit. Alasan menggunakan cangkang dan serabut sebagai bahan bakar ketel uap adalah bahan bakar tersebut tersedia dalam jumlah yang banyak, bahan
bakar yang ramah lingkungan, dan nilai pembakaran yang dihasilkan cukup.
3.4 Nilai Kalor Bahan Bakar
Adapun komposisi cangkang dan serabut yang digunakan dapat dilihat pada table 3.15. berikut :
Tabel 3.15 KOmposisi Serabut dan Cangkang
Unsur Serabut
Cangkang Carbon C
42,60 50,40
Hydrogen H
2
5,20 5,80
Oksigen 0
2
32,10 34,20
Nitrogen N
2
1,40 0,60
Sulfur S 0,30
0,20
Air H
2
12,00 6,00
Abu
6,40 2,80
Jumlah 100.00
100,00 Sumber : Hasil Riset Pusat Penelitian Kelapa Sawit PPKS
Universitas Sumatera Utara
Nilai kalor bahan bakar serabut dan cangkang dapat dihitung dengan menggunakan rumus dulong, yaitu :
HHV = 33,950 C + 144,200 kg
kj S
O H
400 .
9 8
2 2
+
−
LHV = HHV – 2.400 H
2
0 + 9H
2
kJkg
3.4.1 Nilai Kalor Serabut
Nilai kalor tertinggi atau highest heating value HHV untuk serabut dengan komposisi carbon C sebesar 42.60, hydrogen H
2
sebesar 5,20 dan sulfur S sebesar 0,30 adalah :
HHV = 33,950 x 0,426 + 144.200 kg
kj S
x 002
, 400
. 9
8 321
, 052
, +
−
HHV = 16.193,875 kJkg = 3,867 kkalkg
Nilai kalor terendah atau lowest heating value LHV untuk serabut dengan highest heating value HHV sebesar 16.193,875 kJkg dan kandungan air H
2
0 sebesar 12 serta hydrogen sebesar H
2
5.20 adalah :
LHV = 16.193,875 – 2400 0,12 + 9 0,052 kJkg LHV = 14,782,675 kJkg = 3,530,612 kkalkg
Universitas Sumatera Utara
3.4.2 Nilai Kalor Cangkang
Nilai kalor tertinggi atau highest heating value HHV untuk cangkang dengan komposisi carbon C sebesar 50.40, hydrogen H
2
sebesar 5,80 dan sulfur S sebesar 0,20 adalah :
HHV = 33,950 x 0,504 + 144.200 kg
kj x
003 ,
400 .
9 8
342 ,
058 ,
+
−
HHV = 19.338,05 kJkg = 4, 618 kkalkg Nilai kalor terendah atau lowest heating value LHV untuk cangkang dengan
highest heating value HHV sebesar 19.338,05 kJkg dan kandungan air H
2
0 sebesar 6.00 serta hydrogen sebesar H
2
5.80 adalah : LHV = 19.338,05 - 2400 0,0.6 + 9
kg kj
058 ,
LHV = 17.941.25 kJkg = 4, 285 kkalkg Dalam perencanaan bahan bakar yang digunakan untuk ketel uap adalah
campuran antara serabut dan cangkang dengan komposisi 80 serabut dan 20 cangkang. Persentase untuk 1 kg bahan bakar campuran antara serabut dan cangkang
adalah Hydrogen H
2
= 0.8 x 5.2 + 0.2 x 5.8 = 5.32
Carbon C = 0.8 x 42.6 + 0.2 x 50.4
= 44.16 Sulfur S
= 0.8 x 0.3 + 0.2 x 0.2 = 0.28
Nitrogen N
2
= 0.8 x 1.4 + 0.2 x 0.6 = 1.24
Oksigen 0
2
= 0.8 x 32.1 + 0.2 x 34.2 = 32.52
Abu = 0.8 x 6.4 + 0.2 x 2.8
= 5.68 Air H
2
= 0.8 x 12 + 0.2 x 6 = 10.8
Universitas Sumatera Utara
Nilai kalor tertinggi atau highest heating value HHV untuk serabut cangkang dengan komposisi carbon C sebesar 44.16, hydrogen H
2
sebesar 5,32 dan sulfur S sebesar 0,28 adalah :
HHV = 33,950 x 0,4416 + 144.200 028
, 400
. 9
8 3252
, 053
, x
+
−
HHV = 16.828.35 kJkg = 4, 0.19 kkalkg dan nilai kalor terendah atau lowest heating value LHV untuk serabut dengan highest
heating value HHV sebesar 16.828,35 kJkg dan kandungan air H
2
0 sebesar 10.8 serta hydrogen sebesar H
2
5.32 adalah :
LHV = 16.828.35 – 2400 0,108 + 9 0,0532 kJkg LHV = 15,420,03 kJkg = 3,682 kkalkg
3.5 Kebutuhan Bahan Bakar
Jumlah bahan bakar yang dibutuhkan untuk dapat memenuhi kebutuhan uap pada pabrik kelapa sawit yang direncanakan, dapat ditentukan dengan persamaan sebagai
berikut :
o bb
m
= jam
kg LVH
x h
h x
m
ak uk
o u
λ
η −
dimana :
o u
m
= laju aliran massa uap yang dibutuhkan = 18.163.901 kgjam
H
uk
= entalpi uap keluar pada tekanan 20 bar dan suhu 280 C
= 714,024 kkalkg
Universitas Sumatera Utara
h
ak
= entalpi air masuk ketel pada suhu 105 C
= 105,123 kkalkg
k
η = efisiensi ketel uap
= 0,7 + 0,9 = 0,8 direncanakan
LVH = Nilai kalor bahan bakar campuran serabut dan cangkang = 3.682,30 kkalkg
Total bahan bakar yang dibutuhkan dalam adalah :
o bb
m
= jam
kg LVH
x h
h x
m
ak uk
o u
λ
η −
o bb
m
= 30
. 628
. 3
8 .
123 ,
105 024
. 714
901 .
163 .
18 jam
kg x
x −
o bb
m = 3.754,452 kgjam = 1.042 kgdetik
3.6 Kebutuhan udara
Proses pembakaran merupakan reaksi kimia antara bahan bakar dengan udara dalam perbandingan tertentu. Dalam hal ini tidak semua unsur – unsure kimia yang
terkandung dalam bahan bakar dapar bereaksi dengan udara unsur – unsur yang terkandung dalam bahan bakar yang dapat dibakar adalah unsur
carbon C, hydrogen H
2
, dan sulfur S 1.
Karbon c terbakar sempurna menjadi CO
2
C + O
2
= CO
2
12 kg C + 32 kg O
2
= 44 kg CO
2
Universitas Sumatera Utara
1 kg C + 32 kg O
2
=
12 44
kg CO
2
1 kg C + 2,67 kg O
2
= 3,67 kg CO
2
2. Hydrogen H terbakar sempurna menjadi H
2
O 4 H + O
2
= 2H0
2
4 kg H + 32 kg O
2
= 36 kg H
2
O 1 kg H +
4 32
kg O
2
=
4 36
kg H
2
O 1 kg H + 8 kg O
2
= 9 kg H
2
O
3. Belerang S terbakar dengan sempurna menjadi SO
2
S + O
2
= SO
2
32 kg S + 32 kg O
2
= 64 kg SO
2
1 kg S + 32
32 kg O
2
= 32
44 kg SO
2
1 kg S + 1 kg O
2
= 2 kg SO
2
Untuk proses pembakaran bahan bakar yang sempurna, dibutuhkan udara pembakaran berlebih atau sering disebut dengan excess air, dalam hal ini jumlah udara
yang dibutuhkan untuk pembakaran 1 kg bahan bakar dapat dihitung dengan persamaan :
W
ud actual
= 1 + W
ud access
x 23
, 1
8 67
, 2
udb s
u c
W x
W x
W x
W −
+ +
dimana : W
ud
= jumlah udara yang dibutuhkan W
e
= jumlah karbon
Universitas Sumatera Utara
= 0,4416 kgkg bahan bakar W
H
= jumlah hidrogen = 0,0532 kgkg bahan bakar
W
s
= jumlah belerang = 0,0028 kgkg. bahan bakar
W
udb
= jumlah udara bahan bakar = 0,3252 kgkg. bahan bakar
W
ud excess
= udara lebih excess air , direncanakan sebesar 0,30 Jumlah udara yang dibutuhkan untuk pembakaran 1 kg bahan bakar, adalah :
W
ud actual
= 1 + 0,30 x 23
, 3252
. 1
0028 .
8 0532
. 67
, 2
4416 .
− +
+ x
x x
= 7,25 kg udara kg bahan bakar maka total jumlah udara yang dibutuhkan untuk pembakaran bahan bakar sebanyak
3.754.452 kgjam adalah :
o udara
m
= 27.219,77 kgjam = 7,561 kgdetik
3.7 Gas asap yang terbentuk
Kategori