CKS Feed Screw Conveyor C-102 Olivine Screw Conveyor C-103 Gasifier R-201

5.72 CKS Feed Screw Conveyor C-102

Fungsi : Mengalirkan umpan CKS ke Gasifier R-201 Bahan konstruksi : Carbon steel Bentuk : Horizontal scew conveyor Jumlah : 2 unit Gambar LC.7 Horizontal scew conveyor umpan CKS Temperatur T = 30°C 303,15 K Tekanan operasi P = 1,7 atm 172,253 kPa Jarak angkut L = 10 m Laju alir bahan F = 36520 kgjam per unit conveyor = 10,144 kgs Densitas bahan ρ = 1,3 kgL = 1300 kgm 3 = 1,3grcm 3 Direncanakan dalam 1 proses cukup ditempuh 16 jam kerja 10 menit ρ F Q = = 730401300 = 56.1846 6 1 1 × = 337,108 m 3 jam = 0,0078 m 3 s Kemampuan daya laju Volumetrik screw converyer 0,0078 m 3 s dengan kecepatan 0,057 m 2 s. Daya conveyor : P = 0,07 F 0,82 L Peters, et al., 2004 dimana : P = Daya conveyor kW F = Laju alir massa kgs L = Jarak angkut m P = 0,07 × 10,144 0,82 × 10 = 4,679562 kW = 6,2754 hp Dalam hal ini, digunakan daya motor standar 7 hpunit Umpan Keluaran L Universitas Sumatera Utara

5.73 Olivine Screw Conveyor C-103

Fungsi : Mengalirkan umpan MgO dan Olivine menuju Char Combustor R-202 Bahan konstruksi : Carbon steel Bentuk : Horizontal scew conveyor Jumlah : 2 unit Gambar LC.8 Horizontal scew conveyor umpan MgO dan Olivine Temperatur T = 30°C 303,15 K Tekanan operasi P = 1,7 atm 101,325 kPa Jarak angkut L = 10 m Laju alir bahan F = 2172,710 kgjam per unit conveyor = 0,6035 kgs Densitas bahan ρ = 1,6015 kgL = 1601,85 kgm 3 = 1,60185 grcm 3 Direncanakan dalam 1 proses cukup ditempuh 16 jam kerja 10 menit ρ F Q = = 2172,7101601,85 = 56.1846 6 1 1 × = 1,356 m 3 jam = 0,00038 m 3 s Kemampuan daya laju Volumetrik screw converyer 0,08 m 3 s dengan kecepatan 0,057 m 2 s maka dibutuhkan 2 unit screw conveyor Daya conveyor : P = 0,07 F 0,82 L Peters, et al., 2004 dimana : P = Daya conveyor kW F = Laju alir massa kgs L = Jarak angkut m P = 0,07 × 0,6035 0,82 × 10 = 0,46267 kW = 0,6205 hp Dalam hal ini, digunakan daya motor standar 1 hpunit Umpan Keluaran L Universitas Sumatera Utara

5.74 Gasifier R-201

Fungsi : Mengubah umpan cangkang kelapa sawit CKS menjadi gas sintesa gasifikasi Bahan konstruksi : Carbon steel Bentuk : Fliudized Bed Reactor Jumlah : 2 unit R-201 R-202 S-201 S-202 S-203 T-102 Gambar LC.9 Gasifier tipe Fliudized Bed Reactor Data Desain : Tekanan = 1,701 atm Temperatur = 870 o C ρ g = 0,68905 kgm 3 Estimasi Hysys v.3.2 ρ char = 970 kgm 3 ρ p = 2566 kgm 3 g = 9,8 ms 2 dp char = 0,5 mm = 0,0005 m dp olivine = 0,2 mm = 0,0002 m μ g = 0,0000099793 Nsm 2 Pa-s Universitas Sumatera Utara Karena besarnya kapasitas pabrik, maka aliran umpan dibagi menjadi 2 aliran, sehingga menggunakan 2 rangkaian gasifier yang identik ukurannya. m g = 38778,19183 kgjam m char = 17169,313 kgjam m olivine = 986040 kgjam m p = 103209,313 kgjam ρ olivine = 2600 kgm 3 Sumber : Kunii, Chap. 13, p. 324 Langkah-langkah perhitungan: 1. Menghitung diameter partikel rata-rata dp” dp” = ∑ 1 dpi xi Pers. 15, Kunii, p. 66 ∑xidpi = olivine p olivine char p char dp m m dp m m × + × = 5000 dp” = 0,0002 m 2. Menghitung minimum fluidization velocity Umf Umf = 88 , 94 , 82 , 1 3 10 9 , 7 g g p dp µ ρ ρ − × × − = 0,0376 ms 3. Menghitung bilangan Reynold pada Umf Remf Remf = g g dp Umf µ ρ × × Pers. 12, Chap. 7, Rowe Yates, p.445 = 0,5198 Karena Remf 10, maka Umf tidak perlu dikoreksi atau factor koreksi f = 1 Sumber : Chap. 7, Rowe Yates, p. 446 Umf corr = f × Umf f = 1 Umf corr = 0,0376 ms Universitas Sumatera Utara 4. Menghitung terminal velocities of particle Ut Sp = 0,86 Sumber : Tabel 3, Chap. 3, Kunii, p.69 dp = 3 2 3 1 g g p g g dp µ ρ ρ ρ × − × × Pers. 31, Chap. 3, Kunii, p. 80 = 0,0002 × 00046 , 04412 , 22 = 9,54823 Dari Fig. 10, Chap. 3, Kunii, p. 81, pada dp = 10,403 ut = 2,8 Ut = ut × 3 2 3 1 g g p g g ρ ρ ρ µ × − × Pers. 32, Chap. 3, Kunii, p. 80 = 2,8 × 780 , 538 , = 1,932 ms 5. Menentukan operating gas velocity Uf Diinginkan flow regime yang terjadi di dalam gasifier adalah turbulent bed. Dari Perry’s CEH 50 th Anniv. Ed., p.20-61, untuk turbulent bed : 20 Umf Uf 200 Umf 0,753 ms Uf 7,529 ms Uf ini di trial sehingga diperoleh dimensi reactor yang sesuai. Sehingga diperoleh: Uf = 2,229 ms = 59,216 Umf 6. Menghitung kecepatan sirkulasi solid Gs Gs = At m p At = Luas penampang bagian dalam gasifier m 2 = 0,25 × π × Dt 2 Dt = Diameter dalam gasifier m Universitas Sumatera Utara Ditentukan: Dt = 8 m At = 50,265 m 2 Gs = 19958,215 kgm 2 jam = 5,544 kgm 2 s 7. Menghitung fraksi volume solid pada titik keluar gasifier Ese Ese = Up Uf Gs p − ρ Pers. 4. Chap. 8, Kunii, p.201 Up = slip velocity ms Up Emf Umf syarat terjadinya fluidisasi Emf = fraksi volume solid pada Umf Dari table 3, Chap. 3, Kunii p. 69, diketahui : Emf untuk tipe pasir olivine sp = 0,86 = 0,440 Maka, Up 0,145 ms Ditentukan : Up = Ut = 1,932 ms Diperoleh : Ese = 0,0117 8. Menghitung tinggi freeboard Hf Ese = Es” + Esd – Es”e -a Hf Pers. 7, Chap. 8, Kunii, p. 204 Es” = 0,01 Sbr : Kunii, Chap. 8, p. 204 Untuk Uf = 2,229 ms, Esd = 0,7 Fig. 8b, Chap. 8, Kunii, p. 200 Dari Fig. 10b, Chap. 8, Kunii, p. 202, diperoleh : Untuk pasir tipe olivine dengan Uf = 2,229 ms a × Uf = 6 s Universitas Sumatera Utara a = 2,692 m Setelah ditrial, Hf = 2,229 m Sehingga, Ese ~ 0,0117 9. Menghitung tinggi bed pada Umf Lmf Lmf = 1 Emf At m p p − × ρ Pers. 10, Chap. 8, Kunii, p. 204 = 16,952 m 10. Menghitung tinggi gasifier Ht Lmf × 1 – Emf = Es Esd Hf Esd Ht a Ese Esd − − × + − Pers. 10, Chap. 8, Kunii, p. 204 a Ese Esd − = 0,256 m Hf × Esd – Es” = 1,538 m Lmf × 1 – Emf = 12,544 m Ht × Esd = 13,826 m Ht = 19,752 m 11. Menghitung tinggi dense phase Hd Hd = Ht – Hf Sbr : Kunii, Chap. 8, p. 204 = 17,523 m 12. Perancangan desain tuyere sebagai distributor a. Karena temperature operasi pada gasifier ini tinggi, maka tipe distributor yang digunakan adalah tuyere distributor. b. Untuk memastikan aliran gas merata melalui tuyere, maka digunakan tuyere dengan orifice pada inlet gasnya. Sbr : a Chap. 4, Kunii, p. 96; b Chap. 4, Kunii, p. 97 Universitas Sumatera Utara Menghitung pressure drop minimum melalui bed Dpb Dpb = 1 – Emf × ρ p – ρ g × g × Lmf Pers. 17, Chap. 3, Kunii, p. 69 = 195505,801 Pa Menghitung pressure drop melalui distributor Dpd Dpd = 0,3 × Dpb Pers. 3, Chap. 4, Kunii, p. 102 = 58651,7403 Pa Menghitung bilangan Reynold pada Uf Ret dan menentukan koefisien orifice Cd,or Ret = g g Uf Dt µ ρ × × Sbr : Kunii, Chap. 4, p. 105 Ret = 1231337,142 Karena Ret 3000, maka Cd,or = 0,6 Sbr : Kunii, Chap. 4, p. 105 Menghitung kecepatan gas melalui orifice Uor Uor = 5 , 5 , 2 , g Dpd or Cd ρ × Pers. 12, Chap. 4, Kunii, p. 105 Uor = 247,560 ms Menghitung jumlah tuyere per area distributor Nor Nor = 2 1 Ior Dimana, Ior = jarak antar tuyere Asumsi Ior = 0,1 m Sbr : Kunii, Chap. 4, p. 108 Sehingga, Nor = 100 tuyerem 2 Menghitung diameter orifice pada inlet gas tuyere dor dor = [4π × UfUor × 1Nor] 0,5 Sbr : Kunii, Chap. 4, p. 108 dor = 0,0107 m Universitas Sumatera Utara = 10,71007 mm Menentukan jumlah lubang per tuyere Nh dan diameter lubang tersebut dh Ditentukan, Nh = 6 Sbr : Kunii, Chap. 4, p. 108 Ior 2 × Uf = Nh × π4 × dh 2 × Uor Sbr : Kunii, Chap. 4, p. 108 dh = 5 , 5 , 2 ] 4 [ ] [ π × × × Uor Nh Uf Ior dh = 0,004372 m = 4,372 mm Menghitung jumlah tuyere total n tuyere dan jumlah lubang total n hole n tuyere = Nor × At n tuyere = 5026 tuyeres n hole = n tuyere × Nh n hole = 30160 holes 13. Menghitung konstanta kecepatan reaksi orde-satu kr Konstanta ini dihitung dengan menggunakan model dari Kunii Levenspiel Sbr : Kunii Levenspiel, Chap. 12, p. 290-291 Menghitung koefisien difusivitas gas Df Gas yang digunakan adalah steam H 2 O 2 3 1 3 1 5 , 75 , 1 3 ] [ ] [ 10 B A B A B A v v P M M M M T Df Σ + Σ × + × = − Pers. 3-133, Perry’s CEH T = 399,817 K P = 1,701 atm M A = BM H = 1 kgkmol M B = BM O = 16 kgkmol Universitas Sumatera Utara Maka: Df = 1,949 cm 2 s = 0,0001949 m 2 s Menghitung diameter bubble Db dan kecepatan bubbles Ub Dbo Dbm Db Dbm − − = e -0,3HdDt Pers. 4, Chap. 6, Kunii, p. 146 Uf – Umf = 2,191 ms Dbm = 0,65 [ π4 × Dt 2 × Uf – Umf] 0,4 Pers. 5, Chap. 6, Kunii, p. 146 Dbm = 4,262 Dbo = 2 78 , 2 Umf Uf g − × Pers. 19, Chap. 5, Kunii, p. 131 Dbo = 1,362 e -0,3HdDt = 0,518 Dbm – Db = 1,503 Db = 2,759 m Ub = Uf – Umf + Ubr Pers. 8, Chap. 6, Kunii, p. 147 Ubr = 0,711 x g x Db 0,5 Pers. 9, Chap. 6, Kunii, p. 147 Ubr = 3,697 ms Ub = 5,888 ms Menghitung overall rate of exchange Qbi Qbi = 4 5 4 1 2 1 85 , 5 5 , 4 Db g Df Db Umf + Pers. 80, RoweYates, p. 478 Qbi = 0,102 s -1 Menghitung koefisien mass transfer dari fasa cloud ke interstitial phase Qci Cloud terbentuk bila Ubr Ui Sbr : RoweYates, Chap. 7, p. 458 Ui = Emf Umf = 0,1447 ms Universitas Sumatera Utara a’ = Ui Ubr = 25,535 dimensioless Itu Berarti pada gasifier akan terbentuk cloud Dari pers. 44, Chap. 7, RoweYates, p. 458 DcDb = [a’ + 2a’ – 1] 13 = 1,039 Dc = 2,867 m Qci = 5 , 3 78 , 6     × × Db Ub Df Emf Pers. 81, RoweYates, p. 479 = 0,026 s -1 Menghitung fraksi bed yang diisi oleh bubbles fb Untuk tipe turbulent bed dimana Uf Umf, fb = Ub Uf Pers. 29, Kunii, Chap. 6, p. 157 = 0,379 Menghitung fraksi volume solid yang terdispersi dalam cloud-wake Yc Yc = 1 – Emf [3UiUbr – Ui + Vw Vb] Pers. 101, RoweYates, p. 485 dimana, VwVb = fraksi volume wake terhadap volume bubble = 13 Sbr : Kunii, Chap. 7, p. 454-455 Yc = 0,337 Menghitung volume solid yang terdispersi dalam fase interstisial Yi fb × Yb + Yc + Yi = 1 – Emf 1 – fb Pers. 99, RoweYates, p. 484 Yb = fraksi volume solid terdispersi dalam bubbles = 0,005 Sbr : Kunii, Chap. 7, p. 485 Universitas Sumatera Utara Sehingga pers. di atas menjadi : Yi = [ ] fb Yc Yb fb fb Emf 1 1 + − − − Yi = 0,117 Menghitung konstanta kecepatan overall efektif kf C + H 2 O produk gas CO, CO 2 , CH 4 , C 2 H 4 , C 2 H 6 , C 3 H 8 , C 3 H 6 , C 4 H 8 , C 4 H 10 reaksi Gasifikasi Produk solid char CaCao = exp     × − Uf Hd fb kf Pers. 16b, Chap. 12, Kunii, p. 291 CaCao = fraksi reaktan karbon yang tidak terkonversi Ca = C pada char kmol = 115,814 kmol Cao = C pada kayu kmol = 1635,342 kmol CaCao = 0,071 Kf = 0,889 Menghitung konstanta kecepatan reaksi orde satu kr kf = kr Yi Qci kr Yc Qbc kr Yb × + + × + + × 1 1 1 1 1 1 Pers. 14, Kunii, Chap. 12, p.291 kr ditrial sampai diperoleh nilai kf ~ 0,889 Setelah beberapa trial, diperoleh kr = 157,578 s -1 Yb × kr = f = 0,788 Qbc 1 = g = Qbi 1 Pers. 82, RoweYates, p. 479 = 9,8006 s Yc × kr = d = 53,127 Universitas Sumatera Utara Qci 1 = a = 39,129 kr Yi × 1 = b = 0,054 b a + 1 = c = 0,0255 d + c = e = 53,153 e 1 = h = 0,0188 h g + 1 = i = 0,1018 kf = f + i = 0,8897 14. Menghitung waktu tinggal Menghitung waktu reaksi sempurna dari sebuah partikel τ τ = Cb kr dp pb × × × 2 ρ Cb = mol gasm 3 gas Mol gas H 2 O = 2152,538 kmoljam m 3 gas H 2 O = 56277,570 m 3 jam Cb = 38,249 molm 3 jam Cb = 0,0106245 molm 3 s ρ pb = ρ partikel dalam mol m 3 ρ pb = karbon karbon BM ρ ρ karbon = 1642 kgm 3 HYSYS BM karbon = 0,012 kgmol ρ pb = 136833,333 molm 3 τ = 8,173 s Menghitung rasio t r τ y Xb = 3y – 6y 2 + 6y 3 1 – e -1y Pers. 22, Chap. 18, Kunii, p. 459 Xb = 1 – Cao Ca Universitas Sumatera Utara Xb = 0,929 Y ditrial sampai Xb ~ 0,929 Diperoleh, Y = 3,328 Xb = - 56,475 + 57,404 = 0,929 Maka, t r = τ × y = 27,201 s Universitas Sumatera Utara

5.75 Cyclone S-201