Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Metana Cair dari Sampah Organik dengan Kapasitas Sampah Organik 480.000 kg/hari

  

LAMPIRAN A

PERHITUNGAN NERACA MASSA

  Pada Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Metana Cair dari Sampah Organik dengan kapasitas bahan baku sampah organik sebanyak 480.000 kg/hari, dengan kapasitas per jam 20.000 kg/jam, digunakan perhitungan neraca massa alur maju. Basis perhitungan : 1 jam operasi Kapasitas sampah organik : 20.000 kg/jam Operasi pabrik per tahun : 330 hari

  LA.1 Thresser (C-110)

  Fungsi: untuk memperkecil ukuran sampah organik dengan proses pemotongan / pencacahan menjadi 0,1-0,5 cm.

  Sampah Organik Sampah Organik _{1 2} C-110

  1

  2 F = F = 20.000 kg/jam LA.2 Tangki Penampung (F-120)

  Fungsi: untuk mengumpulkan bahan baku sampah organik yang telah . dihancurkan sebelum difermentasi di Fermentor

  Sampah Organik ₃ Sampah Organik ₄ F-120

  3

  4 F = F = 20.000 kg/jam

  LA.3 Fermentor (R-210) Fungsi: sebagai tempat berlangsungnya proses fermentasi sampah organik .

7 F = F + F

  Tabel LA.1 Tabel Komposisi Sampah Organik

  Komposisi % Massa

  Karbohidrat (C H O )

  65

  6

  12

  6 Air (H O)

  30

  2 Nitrogen (N) 1,6

  Sulfat (S) 0,2 Abu 3,2

  Total 100

  (Dinas Kebersihan Kota Medan, 2009) Asumsi : Ampas = N + S + Abu = 5% F = F = 13.000 kg/jam

  karbo

  100

30 F = F = .000 kg/jam

  H2O

  100 F = F = 1.000 kg/jam

  ampas

  100 Reaksi Metanogenesis:

  bakteri

  C H O + 2 CO + H O + H S

  6

  12 6 (s) ──────► 4 CH 4 (g) 2 (g) 2 (g) 2 (g)

  % Massa komponen : CH = 31,7%

4 CO = 68%

  2 (Arati, 2009)

  H O = 0,289%

  2 H S = 0,011%

  2 Bakteri yang berperan dalam reaksi ini adalah bakteri Methanobacterium.

• F
• F
• F

  H2O

  = F

  ampas

  karbo

  7

  = 3. 00 kg/jam F

  H2O

  7

  = F

  H2O

  = .000 kg/jam F

  7

  = F

  ampas

  7

  7

  ampas

  13.000 - - H

  4

  Ampas 1.000 - 3.600 CH

  2 S - 1,144 -

  2

  CO

  2 O 6.000 30,056 6.000

  6

  = 9. 00 kg/jam Tabel LA.2 Neraca Massa Fermentor

  12 O

  6 H

  7 C

  6

  5

  Komponen Alur Masuk (kg/jam) Alur Keluar (kg/jam)

  7

  F

  Subtotal 20.000 10.400 9.600 Total 20.000 20.000

  0,8 = 3.29 ,8 kg/jam F

  0,8 = 7.072 kg/jam F

  karbo

  F

  8 100

  =

  CO2

  karbo

  = 0,289

  100 F

  = 31,7

  CH4

  = 13.000 kg/jam F

  karbo

  Asumsi : karbohidrat yang bereaksi adalah 80% F

  H2O

  100 F

  karbo 0,2 = 2. 00 kg/jam

  CO2

  = F

  7

  karbo

  = 10.400 kg/jam F

  H2S

  H2O

  CH4

  karbo

  0,8 = 1,144 kg/jam F = F

  karbo

  100 F

  = 0,011

  H2S

  0,8 = 30,0 kg/jam F

• F
• F
• 7.072 - H
• 3.296,8 -

• F

  = 00 kg/jam F

  = .7 0 kg/jam F

  ampas

  9

  = 0,9 F

  ampas

  7

  = 3.240 kg/jam F

  H2O

  9

  = 0,1 F

  H2O

  7

  9

  H2O

  = F

  ampas

  9

  H2O

  9

  = 3.840 kg/jam Tabel LA.3 Neraca Massa Filter Press

  Komponen Alur Masuk (kg/jam) Alur Keluar (kg/jam)

  7

  8

  9 H

  2 O 6.000 5.400 600

  Ampas 3.600 360 3.240

  8

  8

  Subtotal 9.600 5.760 3.840 Total 9.600 9.600

  H2O

  LA.4 Filter Press (H-220) Fungsi: untuk memisahkan air dari ampas sisa fermentasi .

  H-220

  7

  8

  9 Ampas (s) H ^{2 O (l)} Ampas (s)

  H ² O (l)

H

^{2 O (l)} Ampas (s)

  F

  7

  = F

  8

  9 Asumsi: Efisiensi Filter Press = 90%

  F

  8

  ampas

  = 0,9 F

  H2O

  7

  = .400 kg/jam F

  ampas

  8

  = 0,1 F

  ampas

  7

  = 3 0 kg/jam F

  8

  = F

• F
• F

2 S dari gas bio dengan Fe

• 6 H
• 6 H

H2O

  = 10.294,8 7 kg/jam Tabel LA.4 Neraca Massa Adsorber I

  10

  = F CO2 = 7.001,28 kg/jam

  F

  10

  = F

  CH4

  10

  10

  CO2

  10

  6

  Komponen Alur Masuk (kg/jam) Alur Keluar (kg/jam)

  = 29,7 kg/jam F

  10 Adsorben (Fe

  2 O 3 )

  CH

  4

  3.296,8 3.263,832 32,968 CO

  2

  7.072 7.001,28 70,72 H

  2 S 1,144 - 1,144

  H

  2 O 30,056 29,755 0,301 Subtotal 10.400 10.294,867 105,133 Total 10.400 10.400

  CO2

  = F

  2 (g) H

  10

  Fungsi: untuk memisahkan H

  2 O

  3 .

  D-310

  6

  10 CH

  4 (g) CO

  2 (g) H

  2 O (g) H

  2 S (g) CH

  4 (g) CO

  2 O (g)

  Asumsi: Efisiensi Adsorber I = 99% Reaksi : 2 Fe

  2 O

  3

  2 S → 2 Fe

  2 S

  

3

  2 O

  F

  CH4

  10

  = F CH4 = 3.2 3,832 kg/jam

  F

  LA.5 Adsorber I (D-310)

H2O

• F
• F

H2O

  CO2

  11

  = F CH4

  11

  = .994,279 F

  10

  CO2

  = 0,999 F

  11

  LA.6 Adsorber II (D-320)

  = 3.2 0, 8 F

  10

  CH4

  = 0,999 F

  CH4

  11

  Asumsi: Efisiensi Adsorber II = 99,9% F

  2 (g)

  4 (g) CO

  2 O (g) CH

  2 (g) H

  4 (g) CO

  11 CH

  10

  D-320

  dari gas bio dengan silika gel.

  2 O (g)

  Fungsi: untuk memisahkan H

  11

• F CO2

  = 10.2 4,847 kg/jam Tabel LA.5 Neraca Massa Adsorber II

  Komponen Alur Masuk (kg/jam) Alur Keluar (kg/jam)

  10

  11 Adsorben (Silika Gel)

  CH

  4

  3.263,832 3.260,568 3,264 CO

  2

  7.001,28 6.994,279 7,001 H

2 O 29,755 - 29,755

  Subtotal 10.294,867 10.254,847 40,02 Total 10.294,867 10.294,867

  LA.7 Membran Kontaktor Hollow Fiber (D-330)

  Fungsi: untuk memisahkan CO dari gas bio yang dihasilkan, dimana gas CO

  2 2 diserap oleh air. a

  

H

^{2 O (l)} CH ^{4 (g)} CO ^{2 (g)} CH ^{4 (g)}

  11

  12 D-330 H ^{2 O (l)} CH ^{4 (g)} b

  CO ^{2 (g)} 11 a 12 b

  F + F = F + F Asumsi: Efisiensi Membran Kontaktor Hollow Fiber = 99%

  3 cm STP cm

  = 2.700 (Geankoplis, 2003) P’ A

  2 s cm cmHg

  3 cm STP cm

  = 800 (Geankoplis, 2003) P’ B

  2 s cm cmHg A

  α* = P = 3,37 P B

  9 L : f F = 10.2 4,847 kg/jam

  9

  

9 CO2

  x :

  f x = F CO2 = 0, 82

  9 F b

  Massa CO dipulihkan :

  2 F = .994,279 kg/jam CO2

  12

  12 CO2

  x :

  o x = F CO2 = 0

  12 F b

  11 Massa CH dipulihkan :

  

4 F = 0,01 F = 32, 0 kg/jam

CH4 CH4 12 11 b b

  L :

  

o F = F - F = 3.227,9 2 kg/jam

CO2 - F CH4

  Diatur : P = P = 1 atm = 100 kPa

  tube h

  P = P = 1 atm = 100 kPa

  shell l

  P 100

  l

  r = = = 1,0 P 100

  h a = 1 (Geankoplis, 2003)

• – α* = 1 – 3,375 = -2,375 b = - (Geankoplis, 2003) 1 + α* + (1/r) + x/r (α*-1)

  Untuk: x = x b = 4,995

  f →

  x = x b = 3,375

  o →

  c = - (Geankoplis, 2003) α*x/r

  Untuk: x = x c = -2,302

  f →

  x = x c = 0

  o

  → b + 4ac y =

  2a y = 0,067

  f

  y = 0,711

  o b

  Fraksi cairan keluaran (y ) = y )/2 = 0,389

  

p CO2 = y’ av = (y’ f +y’ o

  Neraca massa komponen : L x = L x + V y

  f f o o p p

  (10.254,847)(0,682) = (3.227,962)(0) + V (0,389)

  p

  0,389 V = 6.993,806

  p

  V = 6.993,806 / 0,389

  p

  V = 17.989,765 kg/jam

  p b

  F = V = 17.989,765 kg/jam

  p b b b b

  F = F F = 10.9 2,88 kg/jam

  H2O CO2 F CH4 a a b

  F = F = F = 10.9 2,88 kg/jam

H2O H2O

  Keterangan: = Permeabilitas CO

  P’ A

  2

  = Permeabilitas CH P’ B

  4

  = Faktor separasi α* L = Laju gas masukan

  f

  L = Laju gas keluaran

  o x = Fraksi CO pada gas masukan

  f

  2

  x = Fraksi CO pada gas keluaran

  o

  2 P = Tekanan pada alur masukan h

  P = Tekanan pada alur keluaran

  l

  y = Fraksi cairan keluaran

  p

  (Geankoplis, 2003) Tabel LA.6 Neraca Massa Membran Kontaktor Hollow Fiber

  Alur Masuk (kg/jam) Alur Keluar (kg/jam) Komponen

11 a b

  12 CH 3.260,568 32,606 3.227,962 -

  4

• CO 6.994,279 6.994,279

  2 H O -

• 10.962,88 10.962,88

  2 Subtotal 10.254,847 10.962,88 17.989,765 3.227,962 Total 21.217,727 21.217,727 LA.8 Tangki Akumulasi (F-410)

  Fungsi: untuk menampung sementara gas metana sebelum masuk ke proses . pencairan gas Claude Pada metode pencairan gas Claude, jumlah metana yang mencair adalah 11,3 % dari metana yang masuk ke sistem Claude. (Smith, et all, 2005)

  13 CH (g) ₄ CH (g) CH ₄ ^{4 (g)}

  12

  25 F-410

  12

  2

  13 F + F = F

  12 F = 3.227,9 2 kg/jam

  12

  13 CH4

  F = 28. ,04 kg/jam

  CH4 = F

  0,113 F

  2

  2 O (l)

  = 28. ,04 kg/jam

  LA.10 Cooler (E-420)

  Fungsi: untuk menurunkan suhu metana dari 105

  o

  C menjadi 27

  o C .

  E-420

  14

  15 d c

  CH

  4

  (g) H

  CH

  13 F CH4

  4

  (g) H

  2 O (l)

  F

  1

  = F

  14 F CH4

  1

  = F

  CH4

  14 F CH4

  1

  13

  CH4

  = F

  3.227,962 25.338,077 28.566,04

  CH4

  2

  = F CH4

  13 F CH4

  12 F

  2

  = 2 .338,077 kg/jam Tabel LA.7 Neraca Massa Tangki Akumulasi

  Komponen Alur Masuk (kg/jam) Alur Keluar (kg/jam)

  12

  25

  13 CH

  4

  Total 28.566,04 28.566,04 LA.9 Kompresor (G-421)

  = F

  Fungsi: untuk meningkatkan tekanan metana dari 1 atm menjadi 59,5 atm (60 bar) dan suhu dari 22,5

  o

  C menjadi 105

  o C .

  G-421

  13

  14 CH 4 (g) CH 4 (g)

  F

  14

  = F

  13 F CH4

  14

  = 28. ,04 kg/jam Tabel LA.8 Neraca Massa Cooler

  Komponen Alur Masuk (kg/jam) Alur Keluar (kg/jam) 14 c d

  15 CH

  4

  28.566,04 - - 28.566,04 H

2 O - 87.131,442 87.131,442 -

  Fungsi: untuk menurunkan suhu metana dari 27

  = 2 .338,077 kg/jam Tabel LA.9 Neraca Massa Heat Exchanger I

  2 F CH4

  24

  = F

  CH4

  2 F CH4

  24

  Komponen Alur Masuk (kg/jam) Alur Keluar (kg/jam)

  24

  15

  24

  16

  25 CH

  4

  28.566,04 25.338,077 28.566,04 25.338,077

  Total 53.904,117 53.904,117

  = F

  = 28. ,04 kg/jam F

  o

  4 (g) CH

  C menjadi -20

  o C.

  E-430

  15

  16

  

25

  24 CH 4 (g) CH 4 (g) CH

  4 (g)

  1

  F

  1

  = F

  1 F CH4

  1

  Total 115.697,482 115.697,482 LA.11 Heat Exchanger I (E-430)

  CH4

  = F

• F

  

24

  19 CH

  4

  28.566,04 21.424,53 7.141,51

  Total 28.566,04 28.566,04 LA.13 Heat Exchanger II (E-440)

  Fungsi: untuk menurunkan suhu metana dari -20

  o

  C menjadi -76

  o C.

  E-440

  19

  20

  23 CH

  16

  4 (g) CH

  4 (g) CH

  4 (g) CH

  4 (g)

  F

  20

  = F

  20

  = F CH4

  19 F CH4

  20

  = 21.424, 3 kg/jam

  17

  Komponen Alur Masuk (kg/jam) Alur Keluar (kg/jam)

  LA.12 Splitter (K-441)

  17

  Fungsi: untuk mengalihkan metana ke ekspander sebanyak 25% (Smith, 2005) .

  K-441

  16

  17

  19

  75% 25%

  CH

  4

  (g) F

  1

  = F

  19 F CH4

  = 7.141, 1 kg/jam Tabel LA.8 Neraca Massa Splitter

  19

  = 0,7 F

  CH4

  1 F CH4

  19

  = 21.424, 3 kg/jam F

  CH4

  17

  = 0,2 F

  CH4

  1 F CH4

  17

19 F CH4

  2

  20 F CH4

  4 (g) CH

  4 (g)

  F

  21

  = F

  2 F CH4

  21

  = F

  CH4

  21

  20

  = 21.424, 3 kg/jam

  LA.15 Flash Drum (F-450)

  Fungsi: untuk memisahkan metana yang sudah mencair dan yang masih berupa gas

  .

  F-450 ^{21 22}

  

26

CH ₄ (g) CH ₄ (g) CH ₄ (l)

  F

  21

  = F

  22

  21 CH

  K-451

  F

  Komponen Alur Masuk (kg/jam) Alur Keluar (kg/jam)

  23

  = F

  24 F CH4

  23

  = F

  CH4

  24 F CH4

  23

  = 2 .338,077 kg/jam Tabel LA.9 Neraca Massa Heat Exchanger II

  19

  C , sehingga terjadi perubahan fasa metana dari gas menjadi cair.

  

23

  20

  24 CH

  4

  21.424,53 25.338,077 21.424,53 25.338,077

  Total 46.762,607 46.762,607 LA.14 Throttle (K-451)

  Fungsi: untuk menurunkan tekanan metana dari 59,5 atm (60 bar) menjadi 1 atm dan suhu dari -76

  o

  C menjadi -161,5

  o

• F

Dari sistem pencairan gas Claude, gas yang mencair adalah sebesar 11,3% dari jumlah gas yang masuk ke sistem (gas masuk di alur 13), maka : F

14 F CH4

  4 (g)

  o

  C menjadi -161,5

  o C .

  G-442

  17

  18 CH

  4 (g) CH

  F

  Total 21.424,53 21.424,53 LA.16 Ekspander (G-442)

  17

  = F

  18 F CH4

  17

  = F

  CH4

  18

  = 7.141,51 kg/jam

  Fungsi: untuk menurunkan tekanan metana dari 59,5 atm (60 bar) menjadi 1 atm dan suhu dari -20

  CH4

  2

  21 F CH4

  = 0,113 F

  CH4

  2

  = 3.227,9 2 kg/jam F

  CH4

  22

  = F

  CH4

  2 F CH4

  4

  22

  = 18.196,567 kg/jam Tabel LA.10 Neraca Massa Flash Drum

  Komponen Alur Masuk (kg/jam) Alur Keluar (kg/jam)

  21

  22

  26 CH

  4

  (g) 21.424,53 18.196,567 - CH

  (l) - - 3.227,962

  

LAMPIRAN B

PERHITUNGAN NERACA ENERGI

  Basis Perhitungan : 1 jam operasi Satuan Operasi : kJ/jam

  o

  Temperatur Basis :

  25 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.1 Nilai Kontribusi Unsur Atom

  Unsur Atom

ΔE

  C 10,89 H 7,56 O 13,42 N 18,74

  S 12,36 (Perry dan Green, 1999) Rumus Metode Hurst dan Harrison:

  n Cps Ni. Ei  

    i

1 Dimana: Cps = Kapasitas panas padatan pada 298,15 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.1

  Menghitung Cp senyawa: Cps C H O = 6 . + 12 . + 6 .

  6

  12 6 ΔE C ΔE H ΔE O

  = 6 (10,89) + 12 (7,56) + 6 (13,42) = 236,58 J/mol.K

  (Reklaitis, 1983)

  1

  3,29983.10

  1

  2 O (g) 3,40471.10

  H

  1,40695.10

  6,76664.10

  2 S (g) 3,45234.10

  (Reklaitis, 1983)

  H

  3,7457.10

  7,9629.10

  1

  (g) 1,90223.10

  2

  CO

  4,30228.10

   Perhitungan Cp untuk Senyawa Fasa Cair _{3 2 T x,} Cp dT cT bT a    

  2,9098.10

  (l) -5,70709 1,02562 -0,0016656 -0,00001975 CO

  2 O (l) 18,2964 0,47211 -0,0013387 1,3142.10

  H

  2 S (l) 21,8238 0,774223 -0,00420204 7,38677.10

  H

  (l) 11,041 1,1595 -0,0072313 1,55019.10

  2

  4

  ) T - T (

  CH

  

Senyawa A B C D

  Tabel LB.4 Data Kapasitas Panas Senyawa Fasa Cair (J/mol.K)

      

  2 b ) T - T ( a [ dT Cp ⁴ ₁ ⁴ ₂ ³ ₁ ³ ₂ ² ₁ ² _{2 1 T 2} ^T _g ² ₁

  3 c ) T - T (

  4 d ) T - T (

  8,0067.10

  1

  Dengan cara yang sama diperoleh: Tabel LB.2 Kapasitas Panas Beberapa Senyawa Padatan pada 298,15 K

  5 e ) T - T (

  5

  1

  5

  2 b ) T - T ( a [ dT Cp

  3 c ) T - T (

  4 d ) T - T (

  ) T - T (

  4

   Perhitungan Cp untuk Senyawa Fasa Gas _{4 3 2 T x,} Cp eT dT cT bT a     

  236,58 Abu 321

  6

  12 O

  6 H

  C

  Komponen Cps (J/mol.K)

  2

  1

  (g) 3,83870.10

  2

  4

  CH

  Senyawa A B C D E

  Tabel LB.3 Data Kapasitas Panas Senyawa Fasa Gas (J/mol.K)

  

  2 T T g ² ₁

    

  1

  2

  4

  1

  2

  2

  3

  1

  3

  2

• 2
>47
• 11
>7,366>2,638>25>812>7,370>8,13
• 2
>58
• 11
>1,7648>5,3245
• 3
>58
• 12
>9,6506>2,0446
• 5
• 6
• 6

  LB.1 Fermentor (R-210) Fungsi: sebagai tempat berlangsungnya proses fermentasi sampah organik . bakteri

  Reaksi : C H O + 2 CO + H O + H S

  6

  12 6 (s) ► 4 CH 4 (g) 2 (g) 2 (g) 2 (g)

  Pada reaksi fermentasi anaerobik : (Da Rosa, 2009)

  ∆Hr = -133.000 kJ/kmol r ∆Hr = 14, 2 133.000 = 1.948.77 ,111 kJ/kmol Dibuat : Proses berlangsung adiabatis (dQ/dt = 0) d

• = r ∆Hr

  303,1 out in

  dt 0 = 1.948.77 ,111 +

  out

  = 1.948.77 ,111 kJ/jam

  out

  =

  out Temperatur pada alur keluar diperoleh dengan menggunakan metode trial and

  error . Diperoleh temperatur pada alur keluar (alur 6 dan 7) tangki Fermentor

o

  adalah sebesar T = 313,1 K C.

  out ≈ 40

  Tabel LB.5 Energi Keluar pada tangki Fermentor

  Cp dT N Cp dT

  F BM N

   

  Alur Komponen (kg/jam) (kg/kmol) (kmol/jam)

  (kJ/kmol) (kJ/jam) CH 3.296,8 16 206,05 595,039 122.607,869

4 CO 7.072

  44 160,727 615,608 98.945,064

  2

  6 H S 1,144 34 0,034 559,097 18,812

  2 H O (g) 30,056

  18 1,67 552,15 921,969

  2 C H O 2.600 180 14,444 74.419,669 1.074.950,78

  6

  12

  6 H O (l) 6.000

  18 333,333 1.232,265 410.754,902

  2

  7 N 320 14 22,857 5.894,939 134.741,457 S

  40 32 1,25 3.888,017 4.860,022 Abu 640 640 1 100.975,205 100.975,205

  Total 1.948.776,079

  Tabel LB.6 Neraca Energi Fermentor

  Alur Masuk (kJ/jam) Alur Keluar (kJ/jam)

• Umpan
• Produk

  1.948.776,079 ∆Hr

  1.948.77 ,111

  

Total 1.948.775,111 1.948.776,079

2 S dari gas bio dengan Fe

6 CH

   Cp dT N

  (kJ/jam)

  Alur Komponen F

  (kg/jam) BM

  (kg/kmol) N

  (kmol/jam)

   Cp dT

  (kJ/kmol)

  2 Fe

  4

  6 CH

  6 CO 303,15 298 15 ,

  3.296,8 16 206,05 543,339 111.954,932 CO

  2

  7.072 44 160,727 562,094 90.343,767 H

  2 S 1,144

  34 0,034 510,805 17,187 H

  2 O (g) 30,056

  18 1,67 504,512 842,424

  Cp dT ) N ( Cp dT ) N ( dT Cp ) N ( dT Cp ) N ( _{2 2 2 4} Tabel LB.7 Energi Masuk pada Adsorber I

  6 O H 303,15 298,15

  6 S H

303,15

298,15

  2 O (g) H

  LB.2 Adsorber I (D-310)

  Fungsi: untuk memisahkan H

  2 O

  3 .

  D-310

  6

  10 CH 4 (g) CO

  2 (g) H

  2 S (g) CH 4 (g) CO

  Reaksi:

  2 (g) H

  2 O (g) T out

  

, 1 atm

  40 o

  

C, 1 atm

Q in

  = 

  

    

  303,15 298 15 ,

  Total 203.158,31

• 6 H
• 6 H

  3

  2 S → 2 Fe

  2 S

  3

  2 O

  Panas reaksi pada keadaan standar: ΔHr 298,15

  = Σ σ.ΔHf

  2 O

• 6

  3

  ΔHf H

• – 2 ΔHf Fe

2 S

  2 O 3 – 6 ΔHf H

  2 S

  = 2(-161.586,08) + 6(-285.840,0016)

  

2

O

  = 2 ΔHf Fe

• – 2(-830.524) – 6(-19.957,68) = -257.418,09 kJ/kmol

  6

  10 N  N H S H S 0,032 _{2 2}

  r =  = 0,0056 kmol/jam σ

  6 r. = 0,0056 (-257.418,09)

  ΔHr 298,15 = -1.443,56 kJ/kmol

  Dibuat: Proses berlangsung adiabatis (dQ/dt = 0)

  dQ

  = r. + Q ΔHr 298,15 out – Q in

  dT

  = -1.443,56 + Q

  out – 203.158,31

  Q = 204.601,87 kJ/jam

  out _{10 Tout Tout Tout 10 10}

 

Q = ( N ) Cp dT ( N ) Cp dT ( N ) Cp dT _{CH CO H O} out _{4 2 2 298 ,}    _{15 298,15 298 , 15} Temperatur pada alur keluar diperoleh dengan menggunakan metode trial and error . Diperoleh temperatur pada alur keluar (alur 10) Adsorber I adalah o

  sebesar T = 313,35 K C.

  out ≈ 40,5

  Tabel LB.8 Energi Keluar pada Adsorber I

  Cp dT N Cp dT

  F BM N

   

  Alur Komponen (kg/jam) (kg/kmol) (kmol/jam)

  (kJ/kmol) (kJ/jam) 3.263,832 16 203,99 550,644 112.325,555

  CH

  4

  7.001,28 44 159,12 569,655 90.643,489

  10 CO

  2 H O (g) 29,755

  18 1,653 511,247 845,133

  2 Total 203.814,177

  Tabel LB.9 Neraca Energi Adsorber I

  Alur Masuk (kJ/jam) Alur Keluar (kJ/jam)

• Umpan 203.158,31
• Produk

  203.814,177

• Total 203.158,31 203.158,31

• 655,864 ∆Hr

  298,1 298,1

  4 (g) 40,5 o

  11 Cp dT 30 ,1 298,1

  LB.3 Membran Kontaktor Hollow Fiber (D-330)

  = N

  C, 1 atm in

  25 o

  C, 1 atm

  25 o

  T out , 1 atm

  2 (g) CH

  

11

Cp dT 30 ,1 298,1

  2 O (l) CH 4 (g) CO

  2 (g) H

  2 O (l) CH 4 (g) CO

  H

  12 b

a

  11

  D-330

  2 dari gas bio yang dihasilkan.

  Fungsi: untuk memisahkan CO

C, 1 atm

• N
• N

  H2O b Temperatur pada alur keluar diperoleh dengan menggunakan metode trial and

  6.994,279 44 158,961 569,655 90.552,845

  =

  out

  = 202.766,075 kJ/jam

  out

  Q

  out – 202.766,075

  = Q

  out – Q in

  = Q

  dT dQ

  Dibuat: Proses berlangsung adiabatis (dQ/dt = 0)

  Total 202.766,075

  2

  Cp dT

  3.260,568 16 203,786 550,644 112.213,23 CO

  4

  11 CH

  (kJ/jam)

   Cp dT N

  (kJ/kmol)

   Cp dT

  N (kmol/jam)

  BM (kg/kmol)

  F (kg/jam)

  CH4

  

CO2

  Tabel LB.10 Energi Masuk pada Membran Kontaktor Hollow Fiber Alur Komponen

  error . Diperoleh temperatur pada alur keluar (alur 12) Membran Kontaktor o

  Hollow Fiber adalah sebesar T = 300,6 K C.

  out ≈ 27,5

  Tabel LB.11 Energi Keluar pada Membran Kontaktor Hollow Fiber

  Cp dT N Cp dT

  F BM N

   

  Alur Komponen (kg/jam) (kg/kmol) (kmol/jam)

  (kJ/kmol) (kJ/jam) CH 3,261 16 158,961 93,363 14.841,028

  4

  12 CO 6.994,279 44 999,431 188,038 187.931,098

2 H O (l) 17.989,765

  18 0,204 90,306 18,403

  2

  202.790,529

  Total

  Tabel LB.12 Neraca Energi Membran Kontaktor Hollow Fiber

  Alur Masuk (kJ/jam) Alur Keluar (kJ/jam)

• Umpan 202.766,075 Produk

  202.766,075 -

  

Total 202.766,075 202.766,075

LB.4 Tangki Akumulasi (F-410)

  Fungsi: untuk menampung sementara gas metana sebelum masuk ke proses pencairan gas Claude .

  13 CH (g)

  4 T out , 1 atm CH (g) CH

  4 (g)

  4

o o

25 C, 1 atm

  22 C, 1 atm

  12

  25 F-410

  H = 1.195,8 kJ/kg (Perry, 1999)

12 H = 1.188,9 kJ/kg (Perry, 1999)

  25 Q = F . H + F . H

  in

  12

  12

  25

  25

  = (3.227,962).(1.195,8) + (25.338,077).(1.188,9) = 33.984.437,543 kJ/jam

  Dibuat : Proses berlangsung adiabatis (dQ/dt = 0)

  dQ

  = Q

  out – Q in dt

  0 = Q

  out – 33.984.437,543

  Q = 33.984.437,543 kJ/jam

  out

  Energi keluar = Q

  out

  (F . H ) = 33.984.437,543

  13

  13

  (28.566,04).(H ) = 33.984.437,543

  13 H = 1.189,68 kJ/kg

  13 Dari data termodinamika metana (Perry, 1999) untuk H = 10.528,139 kJ/kg,

  13 o

  maka T untuk alur 13 adalah 295,38 K C.

  out ≈ 22,5

  Tabel LB.13 Neraca Energi Tangki Akumulasi

  Alur Masuk (kJ/jam) Alur Keluar (kJ/jam)

  Umpan

• 33.984.437,543 33.984.437,543 - Produk

  

Total 33.984.437,543 33.984.437,543

LB.5 Cooler (E-420) o o .

  Fungsi: untuk menurunkan suhu metana dari 105 C menjadi 27 C

  H

  2 O (l) o

  25 C, 1 atm

c

  CH (g)

  4 CH 4 (g)

o o

105

C, 1 atm

  27 C, 1 atm

  15

14 E-420

  H O (l)

  2 d o

  40 C, 1 atm H = 1.330,88 kJ/kg (Perry, 1999)

  14 Q = F . H in

  14

  14

  = (28.566,04).(1.330.88) = 38.017.970,92 kJ/jam

  H = 1.140 kJ/kg (Perry, 1999)

  18 Q = F . H out

  15

  15

  = (28.566,04).(1.140) = 32.565.285,26 kJ/jam

  dQ

  = Q

  out – Q in dt dQ

  = 32.565.285,26

• – 38.017.970,92 = -5.452.685,658 kJ/jam

  dt

  Data termodinamika air pendingin :

  o

  H (25

  C) = 104,89 kJ/kg (Perry, 1999)

  c o

  H (40

  C) = 167,47 kJ/kg (Perry, 1999)

  d

  Jumlah air pendingin yang dibutuhkan :

  Q

  m =

  H - c H d

• 5.452.685, 658 kJ/jam

  m =

  104 , 89 kJ/kg - 1 67,47kJ/kg

  5.452.685, 658 - m = kJ/jam

  62,58 - m = 87.131,442 kg/jam Tabel LB.14 Neraca Energi Cooler

  Alur Masuk (kJ/jam) Alur Keluar (kJ/jam)

• Umpan 38.017.970,92
• Produk

  32.565.285,26

• dQ/dt -5.452.685,658

  

Total 32.565.285,26 32.565.285,26

  LB.6 Heat Exchanger I (E-430) o o Fungsi: untuk menurunkan suhu metana dari 27 C menjadi -20 C .

  

CH (g)

  

4

  24 T , 1 atm in CH (g)

  4 CH (g)

  4 o o

  27 C, 1 atm -20

  C, 1 atm

  15

  16 E-430 CH (g)

  4

  

25

o

22 C, 1 atm

  Dari data termodinamika metana (Perry, 1999) : H = 1.140 kJ/kg (superheated metana)

  15 H = 1.009,8 kJ/kg (superheated metana)

  16 H = 1.188,9 kJ/kg (superheated metana)

  25 Q = F . H + F . H out

  25

  25

  16

  16

  = (25.338,077).(1.188,9) + (28.566,04).(1.009,8) = 58.970.426,893 kJ/jam

  Dibuat : Proses berlangsung adiabatis (dQ/dt = 0)

  dQ

  = Q

  out in

• – Q

  dt

  0 = 58.970.426,893 . H + F . H )

• – (F

  15

  

15

  24

  24

  0 = 58.970.426,893 )

• – (28.566,04).(1.140) + (25.338,077).(H

  24 H = 1.042,113 kJ/kg

  24 Dari data termodinamika metana (Perry, 1999) untuk H = 1.042,113 kJ/kg,

  24 o

  maka T untuk alur 24 adalah 227,2 K C.

  ≈ -46 Q = F . H + F . H

  in

  15

  15

  24

  24

  = (28.566,04).(1.140) + (25.338,077).(1.042,113) = 58.970.426,893 kJ/jam

  Tabel LB.15 Neraca Energi Heat Exchanger I

  Alur Masuk (kJ/jam) Alur Keluar (kJ/jam)

• Umpan 58.970.426,893
• Produk

  58.970.426,893

  

Total 58.970.426,893 58.970.426,893

  LB.7 Heat Exchanger II (E-440) o o Fungsi: untuk menurunkan suhu metana dari -20 C menjadi -76 C .

  

CH (g)

  

4

  23 o

• 161,5

  

C, 1 atm

CH (g) CH (g)

  4 4 o

  T , 1 atm out

• 20

C, 1 atm

  19

  20 E-440 CH (g)

  4 o

  

24

• 46

C, 1 atm

  Dari data termodinamika metana (Perry, 1999) : H = 1.009,8 kJ/kg (superheated metana)

  19 H = 796,9 kJ/kg (saturated metana)

  23 H = 1.042,1 kJ/kg (superheated metana)

  24 Q = F . H + F . H in

  19

  19

  23

  23

  = (21.424,53).(1.009,8) + (25.338,077).(796,9) = 41.826.403,9 kJ/jam

  Dibuat : Proses berlangsung adiabatis (dQ/dt = 0)

  dQ

  = Q

  out in

• – Q

  dt

  0 = (F . H + F . H )

  24

  24

  20

  20

• – 41.826.403,9 0 = (25.338,077).(1.042,1) + (21.424,53).(H )

  20 – 41.826.403,9

  H = 719,81 kJ/kg

  20 Dari data termodinamika metana (Perry, 1999) untuk H = 719,81 kJ/kg,

  20 o

  maka T untuk alur 20 adalah 197,6 K C.

  ≈ -76 Q = F . H + F . H

  out

  24

  24

  20

  20

  = (25.338,077).(1.042,1) + (21.424,53).(719,81) = 41.826.403,9 kJ/jam

  Tabel LB.16 Neraca Energi Heat Exchanger II

  Alur Masuk (kJ/jam) Alur Keluar (kJ/jam)

• Umpan 41.826.403,9
• Produk

  41.826.403,9

  

Total 41.826.403,9 41.826.403,9

  

LAMPIRAN C

PERHITUNGAN SPESIFIKASI ALAT

LC.1 Elevator (J-111) Fungsi : Untuk mengangkut sampah dari timbangan ke thresser.

  Jumlah : 1 buah Bahan konstruksi : Besi Laju bahan yang diangkut : 20.000 kg/jam Faktor keamanan : 20%

  Kapasitas = feed x (1 + faktor keamanan) = 20.000 x (1+0,2) = 24.000 kg/jam

  Dari tabel 21.8 Perry 1999, karena kapasitas lebih besar dari 14 ton/jam, maka bucket elevator dipilih dengan spesifikasi : Ukuran bucket = ( 6 x 4 x 4 ½ ) in Jarak tiap bucket = 12 in Elevator center = 25 ft Kecepatan putar = 43 rpm Kecepatan bucket = 225 ft/menit Daya head shaft = 1 Hp Diameter tail shaft = 1 11/16 in Diameter head shaft = 1 15/16 in Pully tail = 14 in Pully tail = 20 in Lebar head = 7 in Effesiensi motor = 80% Daya tambahan = 0,02 Hp/ft Daya P = (Elevator center x daya tambahan) + daya head shaft (Perry, 1999)

  = 25 x (0,02) + 1 = 1,5 Hp

  (Perry dan Green, 1999)

  LC.2 Thresser (C-110) Fungsi : Untuk mengecilkan ukuran sampah organik yang akan diolah.

  Bahan konstruksi : Besi Merek : HGT-6000 Jumlah : 3 unit Kecepan mesin : 5-15 ton/jam Ukuran hasil cacahan : 0,5-1 cm.

  (Unit Penelitian Bioteknologi Perkebunan Bogor, 2008)

  LC.3 Screw Conveyor 1 (J-121) Fungsi : Mengangkut sampah organik ke tangki penampung.

  Jenis : Horizontal screw conveyor Bahan konstruksi : Carbon steel Kondisi operasi:

  o

  Temperatur = 25 C Tekanan = 1 atm Laju alir bahan : F = 20.000 kg/jam = 44.092,45 lb/jam

  3

  3 Densitas bahan (bulk density) = 18,73 lb/ft (Sudrajat, 2002)

  : ρ = 300 kg/m Jarak angkut : L = 10 m = 32,81 ft Perhitungan

  a. Laju alir volumetrik Direncanakan dalam 1 jam proses cukup ditempuh 1/6 jam kerja (10 menit), maka laju alir volumetrik dalam 10 menit kerja adalah:

  F 44.092,45 lb/jam ³ Q    2.354,11 ft /jam (10 menit kerja) ₃ 18,73 lb/ft ρ

  b. Data conveyor Dipilih screw conveyor dengan diameter 20 in.

  Dari Tabel 5.3 dan Tabel 5.4 Walas (1988) didapatkan harga: Kecepatan putaran maksimum (ω max) = 40 rpm

  3 Kapasitas maksimum (Q max) = 2.485 ft /jam

  Faktor S = 510

  (f) = 1,7

  Horse power factor

  c. Daya conveyor Kecepatan putaran (ω):

  3 Q max 2.354,11 ft /jam

  40 rpm  

  ω    37,89 rpm

  ω

  3 Q max 2.485 ft /jam

  Daya conveyor:

• 6

  P = [s . ω + f . . ρ] L / 10

• 6

  P = [510 x 37,89 + 1,7 x 2.354,11 x 18,73] 32,81 / 10 P = 3,09 hp Efisiensi conveyor 80 %, maka

  3 ,

  09 P   3 , 86 hp ,

8 Maka dipilih conveyor dengan daya 4 hp.

  LC.4 Tangki Penampung Sampah (F-120) Fungsi : menampung hasil cacahan sampah dari thresser.

  Bentuk : Silinder tegak dengan alas dan tutup ellipsoidal. Bahan konstruksi : Plate steel SA-167 , tipe 304

  

o

  Kondisi operasi : - Temperatur : 25 C

• Tekanan : 1 atm Laju alir sampah organik = 20.000 kg/jam

3 Densitas sampah organik = 300 kg/m (Sudrajat, 2002)

  Kebutuhan perancangan = 1 hari Faktor keamanan = 20% Desain Tangki Ukuran tangki :

  a. Volume tangki Volume sampah, V =

  3 V = = 1.600 m

  Volume tangki (Vt) = Volume sampah x (1+ faktor keamanan)

  3

  = 1.600 x (1,2) = 1.920 m Direncanakan menggunakan 6 unit tangki.

  3 Jadi, volume untuk tiap tangki = 1.920 / 6 = 320 m .

  b. Diameter dan tinggi tangki Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi tangki silinder, D : H = 2 : 3

2 V = H

  πD

  2

  320 = D πD