Pembuatan Silikon Karbida (SiC) dari Pasir Silika (SiO2) dan Karbon (C) dengan Kapasitas 30.000 Ton Tahun

LAMPIRAN A
NERACA MASSA
A.1

PERHITUNGAN PENDAHULUAN

A.1.1 Menghitung Kapasitas Produksi
Kapasitas produksi Silikon Karbida = 30.000 ton/tahun, dengan kemurnian
87% (% berat) dengan ketentuan sebagai berikut:
1 tahun

= 330 hari kerja

1 hari

= 24 jam

Kapasitas produksi tiap jam = 30.000 ton . 1 tahun . 1 hari . 1000 kg
tahun 330 hari 24 jam

1 ton

= 3.787,8788 kg/jam

Produk Akhir

= Silikon Karbida (SiC) dengan kemurnian 87 %

Kapasitas produksi

= 3.787,8788 kg/jam

Massa SiC Murni

= 87 % x 3.787,8788 kg/jam
= 3.295,3842 kg/jam
= F SiC = 3.295,3842 = 82,1869 kmol/jam

Mol SiC murni

Mr SiC

40,0962

Massa impuritis
• SiO2 (4,93%)

= 186,8109 kg/jam

• C (3,21%)

= 121,5447 kg/jam

• Na2O (2,60%)

= 98,5025 kg/jam

• FePO4 (2,26%)

= 85,6365 kg/jam

A.1.2 Menghitung Kapasitas Feed
Reaksi :
SiO2 + 3 C

→ SiC + 2 CO

-

Pereaksi pembatas :SiO2

-

Konversi SiO2 sebesar 96 %

Massa SiC murni

= 3295,3842 kg/jam

Mol SiC murni

= 82,1869

kmol/jam

= N SiC = 85,2960 kmol/jam

Mol SiO2

96 %

Massa SiO2

= N SiO2 x Mr SiO2
= 85,2960 x 60,0864
= 5.125,1287 kg/jam

Bahan baku dan Rasio (%wt)
1. Pasir Silika (SiO2)

= 56,5%

2. Karbon (C)

= 36%

3. Larutan Natrium Silikat (10Na2O.30SiO2.60H2O)

= 6,5%

4. Besi Fosfat ( FePO4)

= 1%

(Lowe, 1958)

Basis Jumlah bahan baku SiO2 murni/ jam

= x kg/jam

Jumlah SiO2 dalam 10Na2O.30SiO2.60H2O/jam

= 30 x

Mr SiO2
x massa 10 Na2O.30 SiO2 .60 H 2O
Mr 10 Na2O.30SiO2 .60 H 2O

= 51,5% × 6,5 × massa SiO2 murni
56,5

= 0,0592 x kg/jam
Jumlah bahan baku SiO2 total

= 5.125,1287 kg/jam

x kg/jam + 0,0592x kg/jam = 5.125,1287 kg/jam
x

= 4.838,4606 kg/jam

Jumlah bahan baku :

SiO2 murni

= 4.838,4606 kg/jam

C

=

36
× 4.838,4606 kg jam = 3.082,9129 kg jam
56,5

10Na2O.30SiO2.60H2O

=

6,5
× 4.838,4606
56,5

FePO4

=

1
× 4.838,4606
56,5

jam

= 556,6371 kg jam

jam

= 98,5025 kg jam

kg

kg

A.2

PERHITUNGAN NERACA MASSA

A.2.1 Mixer (M-101)
Fungsi: Tempat pencampuran semua bahan baku
10Na2O.30SiO2.60H2
O
5

SiO2
C

4

SiO2
C
FePO4
10Na2O.30SiO2.60H2
O

6

FePO4

Neraca massa komponen:
Alur 4
F(4) SiO2

=

4.838,4606 kg/jam

=

85,6365

=

3.082,9129 kg/jam

=

556,6371

kg/jam

F(6) FePO4

=

85,6365

kg/jam

F(6) C

=

3.082,9129 kg/jam

F(6) SiO2

=

F ( 4 ) SiO2 + F (5)10 Na2O.30 SiO2 .30 H 2O ×

(4)

F

FePO4

F(4) C

kg/jam

Alur 5
F(5) 10Na2O.30SiO2.60H2O

Alur 6

=

30 × Mr SiO2
5
Mr 10 Na2O.30 SiO2 .30 H 2O

.125,1287 kg/jam
F(6) Na2O

(6)

F

H2O

=

F (5) 10 Na2O.30 SiO2 .30 H 2O ×

=

98,5025 kg/jam

=

F (5) 10 Na2O.30 SiO2 .30 H 2O ×

=

171,4665 kg/jam

10 × Mr Na2O
Mr 10 Na2O.30 SiO2 .30 H 2O

60 × Mr H 2O
Mr 10 Na2O.30 SiO2 .30 H 2O

Neraca massa total :
Tabel A.1 Neraca massa pada Tangki Mixer
Masuk (kg/jam)

Komponen

Alur 5
10Na2O.30SiO2.60H2O

Keluar (kg/jam)

Alur 4

Alur 6

-

-

556,6371

SiO2

-

4.838,4606

5.125,1287

C

-

3.082,9129

3.082,9129

FePO4

-

85,6365

85,6365

Na2O

-

-

98,5025

H2O

-

-

171,4665

Subtotal

556,6371

Total

8.007,0100

8.563,6471

8.563,6471

A.2.2 Pelletizing Machine (PL-102)
Fungsi : Mengubah dan membentuk slurry menjadi pellet
H2O
SiO2
C
FePO4
10Na2O.30SiO2.60H2O

30oC, 1 atm

7

6

8

30oC, 1 atm

SiO2
C
FePO4
10Na2O.30SiO2.60H2O
40oC, 1 atm

Neraca massa komponen:
Alur 6
F(6) SiO2

=

4.838,4606 kg/jam

=

85,6365

F(6) C

=

3.082,9129 kg/jam

F(6) Na2O

=

98,5025

kg/jam

F(6) H2O

=

171,4665

kg/jam

(6)

F

FePO4

8.563,6471

kg/jam

Alur 7
Dari Tabel 20.44 Perry Handbook, moisture requirements untuk mengubah dan
membentuk slurry menjadi pellet berkisar antara 13,0 – 13,9 % H2O.
Misalkan, jumlah total = X kg/jam
X

= 8.563,6471 + 0,139 X

X

= 9.747,0158 kg/jam

F(7) H2O

=

(0,139 x 9.747,0158) – 171,4665

=

1.183,3687

F(8) SiO2

=

5.125,1287 kg/jam

F(8) FePO4

=

85,6365

F(8) C

=

3.082,9129 kg/jam

(8)

=

98,5025

=

1.354,8352 kg/jam

kg/jam

Alur 8

F

Na2O

F(8) H2O

kg/jam

kg/jam

Neraca massa total :
Tabel A.2 Neraca massa pada Pelletizing Machine (L-102)
Komponen

Masuk (kg/jam)
Alur 6

Keluar (kg/jam)

Alur 7

Alur 8

SiO2

5.125,1287

-

5.125,1287

C

3.082,9129

-

3.082,9129

FePO4

85,6365

-

85,6365

Na2O

98,5025

-

98,5025

H2O

171,4665

1.183,3687

1.354,8352

8.563,6471

1.183,3687

9.747,0158

Subtotal
Total

9.747,0158

9.747,0158

A.2.3

Burner (B-101)

Fungsi : Tempat pembakaran gas alam sebagai sumber panas Rotary
Kiln Preheater (B-102)

863oC,
1 atm

E-139
B-101

30oC, 2 atm

Gas Alam

FC

10

Udara

11

12
30oC, 2 atm

Dimana :
- Komposisi gas alam (alur 22) :
X(10)CH4

= 90 %

X(10)C2H6

= 7,5 %

X(10)C3H8

= 1,25 %

(10)

X

C4H10

= 1,25 %

(Speight, dkk., 2006)

- Komposisi Udara :
X(12) O2

= 21 %

X(12)N2

= 79 %

- Reaksi :
1. CH4 + 2O2

→

CO2 + 2H2O

Konversi CH4 ≈ 100%

13

O2
N2
CO2
H2O

σ CH4

= -1

σ O2

= -2

σ CO2

=1

σ H2O

=2

2. C2H6 +

7

2

O2 →

2CO2 + 3H2O

Konversi C2H6 ≈ 100%
σ C2H6

= -1

σ O2

= - 72

σ CO2

=2

σ H2O

=3
→

3. C3H8 + 5O2

3CO2 + 4H2O

Konversi C2H6 ≈ 100%
σ C3H8

= -1

σ O2

= -5

σ CO2

=3

σ H2O

=4

4. C4H10 +

13

2

O2 →

4CO2 + 5H2O

Konversi C2H6 ≈ 100%
σ C4H10

= -1

σ O2

= - 13 2

σ CO2

=4

σ H2O

=5

Karena pembakaran dengan menggunakan oksigen berlebih dari
udara, maka reaksi pembakaran gas alam mempunyai konversi yang
mendekati 100%.
Berdasarkan energi yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu rotary
kiln preheater dari 30oC sampai 863oC, maka jumlah gas alam yang
dibutuhkan adalah 600 kg/jam dengan kebutuhan udara (excess 20%) sebesar
16.958,4138 kg/jam.

Perhitungan neraca massa :
Mr gas alam

=

(%CH 4 × MrCH 4 ) + (%C2 H 6 × MrC2 H 6 ) + (%C3 H 8 × MrC3 H 8 ) + (%C4 H10 × MrC4 H10 )
100%

=

(0,9 × 16,0425) + (0,075 × 30,07) + (0,0125 × 44,096) + (0,0125 × 58,124)
100%

= 17,9712 kg/kmol

Alur 10
F(10)

=

600 kg/jam

N(10)

=

F 10
Mr gas alam

=

N(10)CH4

=

0,9 x N(10)

= 30,0480 kmol/jam

F(10)CH4

=

N(10) CH4 x Mr CH4

= 482,0449 kg/jam

N(10)C2H6

=

0,075 x N(10)

= 2,5040 kmol/jam

F(10)C2H6

=

N(10)C2H6 x Mr C2H6

= 75,2953 kg/jam

N(10)C3H8

=

0,0125 x N(10)

= 0,4173 kmol/jam

F(10)C3H8

=

N(10) C3H8 x Mr C3H8

= 18,4027 kg/jam

N(10)C4H10

=

0,0125 x N(10)

= 0,4173 kmol/jam

F(10)C4H10

=

N(10) C4H10 x Mr C4H10

= 24,2571 kg/jam

=

600 kg jam
17,9712 kg kmol

33,3867 kmol/jam

Alur 12
F(12)

= 16.958,4138 kg/jam

N(12)

=

F 12
Mr gas alam

=

16.958,4138 kg jam
28,8503 kg kmol

N(12)O2

= X(12)O2 x N(12)

=

123,4394

kmol/jam

F(12)O2

= N(12)O2 x Mr O2

=

3.949,9115

kg/jam

N(12)N2

= X(12)N2 x N(12)

=

464,3671

kmol/jam

F(12)N2

= N(12)N2 x Mr N2

=

13.008,5023 kg/jam

= 587,8065 kg/jam

Alur 13
N(13) CH4

N(13) C2H6

N(13) C3H8

N(13) C4H10

N(13)O2

=

N(10) CH4 – r CH4

=

N(10) CH4 – (konversi x N(10) CH4)

=

30,0480 – (1 x 30,0480)

=

0

=

N(10) C2H6 – r C2H6

=

N(10) C2H6 – (konversi x N(10) C2H6)

=

2,5040 – (1 x 2,5040)

=

0

=

N(10) C3H8 – r C3H8

=

N(10) C3H8 – (konversi x N(10) C3H8)

=

0,4173 – (1 x 0,4173)

=

0

=

N(10) C4H10 – r C4H10

=

N(10) C4H10 – (konversi x N(10) C4H10)

=

0,4173 – (1 x 0,4173)

=

0

=

N(12)O2 – (2 x r CH4) – ( 7 2 x r C2H6) – (5 x r C3H8) – ( 13 2 x r C4H10)

=

123,4394 – (2 x (1 x 20,0320) – ( 7 2 x (1 x1,6693) – (5 x (1 x 0,4173 –
( 13 2 x(1 x 0,4173)

=

49,7800 kmol/jam

F(13)O2

=

N(13)O2 x Mr O2

=

1.592,9880 kg/jam

F(13)N2

=

F(12)N2

=

13.008,5023 kg/jam

N(13)CO2

=

N(12)O2 – (2 x r CH4) – ( 7 2 x r C2H6) – (5 x r C3H8) – ( 13 2 x r C4H10)

=

(123,4394 x (1 x 30,0480) + (2 x (1 x 2,540) + (3 x (1 x 0,4173)
+ (4 x (1 x 0,4173)

F(13)CO2
(13)

N

H2O

=

37,9773 kmol/jam

=

N(13)CO2 x Mr CO2

=

(2 x r CH4) + (3 x r C2H6) + (4 x r C3H8) + (5 x r C4H10)

=

(2 x (1 x 30,0480) + (3 x 1 x 2,540) + (4 x (1 x 0,4173)
+ (5 x (1 x 0, 4173)

=

1.671,2871 kg/jam

F(13)H2O

=

71,3640 kmol/jam

=

N(13)H2O x Mr H2O

=

1.285,6364 kg/jam

Neraca massa total:
Tabel A.3 Neraca massa pada Burner (B-101)
Masuk (kg/jam)

Keluar (kg/jam)

Komponen
Alur 10

Alur 12

Alur 13

CH4

482,0449

-

-

C2H6

75,2953

-

-

C3H6

18,4027

-

-

C4H8

24,2571

-

-

O2

-

3.949,9115

1.592,9880

N2

-

13.008,5023

13.008,5023

CO2

-

-

1.671,2871

H2O

-

-

1.285,6364

Subtotal
Total

600,0000
17.558,4138

16.958,4138

17.558,4138
17.558,4138

A.2.4

Rotary Kiln Preheater (B-102)
Fungsi: Pemanas awal bahan baku sampai suhu 6170C, sebelum dikirim
ke Electric Furnace (B-103)

Dimana :
Asumsi oksigen (O2) tidak bereaksi dengan pasir silika (SiO2) dan Karbon (C)

Neraca massa komponen
Alur 9 :
Massa masuk alur 9 Rotary Kiln Preheater (B-102) = Massa keluar alur 8 Pelletizing
Machine (L-101)
F(9) SiO2

=

5.125,1287 kg/jam

F(9) FePO4

=

85,6365

F(9) C

=

3.082,9129 kg/jam

(9)

=

98,5025

=

1.354,8352 kg/jam

F

Na2O

F(9) H2O

kg/jam

kg/jam

Alur 13 :
Massa masuk alur 13 Rotary Kiln Preheater (B-102) = Massa keluar alur 13 Burner
(B-101)
F(13)CO2

=

1.671,2871

F(13)N2

=

13.008,5023 kg/jam

F(13)O2

=

1.592,9880

kg/jam

F(13)H2O

=

1.285,6364

kg/jam

kg/jam

Alur 15 :
F(15) SiO2

=

5.125,1287 kg/jam

F(15) FePO4

=

85,6365

F(15) C

=

3.082,9129 kg/jam

F(15) Na2O

=

98,5025

kg/jam

kg/jam

Alur 14 :
F(14)CO2

=

F(13)CO2

=

1.671,2871 kg/jam

F(14)N2

=

F(13)N2

=

13.008,5023 kg/jam

F(14)O2

=

F(13)O2

=

1.592,9880

F(14)H2O

=

F(9)H2O + F(13) H2O

=

(1.354,8352 + 1.285,6364) kg/jam

=

2.640,4716 kg/jam

kg/jam

Neraca massa total
Tabel A.4 Neraca massa pada Rotary Kiln Preheater (B-102)
Komponen

Masuk (kg/jam)
Alur 9

Alur 13

Keluar (kg/jam)
Alur 15

Alur 14

SiO2

5.125,1287

-

5.125,1287

-

C

3.082,9129

-

3.082,9129

-

FePO4

85,6365

-

85,6365

-

Na2O

98,5025

-

98,5025

-

O2

-

1.592,9880

-

1.592,9880

N2

-

13.008,5023

-

13.008,5023

CO2

-

1.671,2871

-

1.671,2871

-

2.640,4716

H2O

1.354,8352

1.285,6364

Subtotal

9.747,0158

17.558,4138

Total

27.305,4296

8.392,1806

18.913,2490

27.305,4296

A.2.5 Electric Furnace (B-103)
Fungsi: Tempat reaksi reduksi dimana terjadinya pembentukan SiC pada suhu
16000C
N2
CO2

17
1400oC, 1 atm
16

Udara

o

30 C, 1,2 atm

1600oC, 1 atm

617oC, 1 atm

SiO2
15
C
FePO4
Na2O

Reaksi :
- SiO2 + 3 C

→ SiC + 2 CO

Konversi SiO2 sebesar 96 %
σ SiO2

= -1

σC

= -3

σ SiC

=1

σ CO

=2

- CO +

1

2

O2

→ CO2

Konversi CO ≈ 100%
σ CO

= -1

σ O2

= - 12

σ CO2

=1

18

SiC
SiO2
C
FePO4
Na2O

Alur 15
F(15) SiO2

=

5.125,1287 kg/jam

N(15)SiO2

=

F (15) SiO2
Mr SiO2

F(15) FePO4

=

85,6365

F(15) C

=

3.082,9129 kg/jam

N(15)C

=

F (15)C
Ar C

F(15) Na2O

=

98,5025

=

5.125,1287 kg jam
60,0864 kg kmol

=

85,2960 kmol/jam

=

3.082,9129 kg jam
12,0107 kg kmol

=

256,6805 kmol/jam

kg/jam

kg/jam

Alur 18
N(18)SiO2

F(18)SiO2
N(18)C

F(18)C
N(18)SiC

(18)

F

SiC

=

N(15)SiO2 – r SiO2

=

85,2960 – (0,96 x 85,2960)

=

3,1090

=

N(18)SiO2 x Mr SiO2

=

186,8109 kg/jam

=

N(15)C – 3 x r SiO2

=

256,6805 – 3 x (0,96 x 85,2960)

=

10,1197

=

N(18)C x Ar C

=

121,5447

=

r SiO2

=

0,96 x 85,2960

=

82,1869

kmol/jam
=

3,1090 x 60,0864

kmol/jam
=

10,1197 x 12,0107

=

82,1869 x 40,0962

=

1

kg/jam

kmol/jam

(18)

=

N

SiC x Mr SiC

=

3.295,3842 kg/jam

Alur 16
N(16)O2

=

1

=

1

=

2

x r CO + r S

2

x (1x(2 x 0,96 x 85,2960))

82,1869

kmol/jam

2

x (1x(2 x r SiO2))

F(16)O2

=

N(16)O2 x Mr O2

=

2.629,8837 kg/jam

=

79 %
× N (16 ) O2
21 %

=

309,1795

=

N(16)N2 x Mr N2

=

8.661,1680 kg/jam

F(17)N2

=

F(16)N2

=

8.661,1680 kg/jam

N(17)CO2

=

r CO

=

1x(2 x r SiO2)

=

1x(2 x 0,96 x 85,2960)

=

164,3739

=

N(17)CO2 x Mr CO2

=

164,3739 x 44,0962

=

7.234,1854 kg/jam

(16)

N

N2

F(16)N2

= 82,1869 x 31,9988

79 %
× 82,1869
21 %

=

kmol/jam
= 309,1795 x 28,0134

Alur 17

F(17)CO2

kmol/jam

Neraca massa total:
Tabel A.5 Neraca massa pada Electric Furnace (B-103)
Komponen

Masuk (kg/jam)
Alur 15

Keluar (kg/jam)

Alur 16

Alur 17

Alur 18

SiO2

5.125,1287

-

-

186,8109

C

3.082,9129

-

-

121,5447

FePO4

85,6365

-

-

85,6365

Na2O

98,5025

-

-

98,5025

-

O2

-

2.629,8837

N2

-

8.661,1680

8661,1680

-

CO2

-

-

7234,1854

-

SiC

-

-

Subtotal
Total

8.392,1806 11.291,0517
19.683,2323

-

-

3.295,3842

15.895,3534

3.787,8788

19.683,2323

Mixing Point (M-102)

A.2.6

FC

O2
N2
CO2
H 2O

FC

M-102
22

24
1031oC, 5 atm

625oC, 5 atm
FC

O2
N2

23
1400oC, 5 atm

Neraca massa komponen
Alur 22
F(22)CO2

=

1.671,2871

F(22)N2

=

13.008,5023 kg/jam

F(22)O2

=

1.592,9880

kg/jam

F(22)H2O

=

2.640,4716

kg/jam

F(21)N2

=

8.661,1680 kg/jam

F(21)CO2

=

7234,1854 kg/jam

=

F(22) CO2 + F(23) CO2

=

8.905,4725 kg/jam

=

F(22)N2 + F(23)N2

=

21.669,6703 kg/jam

F(24)O2

=

1.592,9880 kg/jam

F(24)H2O

=

2.640,4716 kg/jam

kg/jam

Alur 23

Alur 24
F(24)CO2
(24)

F

N2

O2
N2
CO2
H 2O

Neraca massa total
Tabel A.6 Neraca Massa pada Mixing Point (M-102)
Masuk (kg/jam)

Komponen

Alur 22

Keluar (kg/jam)

Alur 23

Alur 24

O2

1.592,9880

N2

13.008,5023

8661,1680

21.669,6703

CO2

1.671,2871

8.905,4725

H2O

2.640,4716

7234,1854
-

Subtotal

18.913,2490

15895,3534

34.808,6025

Total

-

1.592,9880

2.640,4716

34.808,6025

34.808,6025

A.2.7 Steam Boiler (E-201)
Fungsi: Memanaskan boiler feed water untuk menghasilkan superheated
steam
H2O

28

565oC, 148 atm

TC

PC
O2
N2
CO2
H2O

25

27
100oC, 1 atm

o

600 C, 1atm

26
o

90 C, 148 atm

H2O

O2
N2
CO2
H2O

Neraca massa komponen
Alur 25

=

Alur 27

=

F(27)CO2

=

8.905,4725

F(24)N2

=

F(27)N2

=

21.669,6703 kg/jam

F(24)O2

=

F(27)O2

=

1.592,9880

kg/jam

F(24)H2O

=

F(27)H2O

=

2.640,4716

kg/jam

Alur 26

=

Alur 28

=

F(28)H2O

=

24.016,2058 kg/jam

(24)

F

CO2

(26)

F

H2O

kg/jam

Neraca massa total
Tabel A.7 Neraca massa pada Steam Boiler (E-201)
Komponen

Masuk (kg/jam)
Alur 24

Keluar (kg/jam)

Alur 26

Alur 28

Alur 27

O2

1.592,9880

-

-

1.592,9880

N2

21.669,6703

-

-

21.669,6703

CO2

8.905,4725

-

-

8.905,4725

H2O

2.640,4716 24.016,2058

24.016,2058

2.640,4716

Subtotal

34.808,6025 24.016,2058

24.016,2058

34.808,6025

Total

58.824,8083

58.824,8083

LAMPIRAN B
PERHITUNGAN NERACA PANAS
Basis perhitungan

:

1 jam operasi

Satuan Operasi

:

kJ/jam

Temperatur referensi

:

250C (298 K)

Kapasitas

:

30.000 ton/tahun

Perhitungan neraca panas menggunakan rumus sebagai berikut:
Perhitungan beban panas pada masing-masing alur masuk dan keluar.
Q=H=

∫

T

Tref

n x Cp x dT

(Smith dan Van Ness, 2001)

Persamaan umum untuk menghitung kapasitas panas adalah sebagai berikut:

Cp x ,T = a + bT + cT 2 + dT 3
Jika Cp adalah fungsi dari temperatur maka persamaan menjadi :
T2

T2

∫ CpdT = ∫ (a + bT + CT

T1

T2

∫ CpdT

2

+ dT 3 )dT

T1

= a (T2 − T1 ) +

T1

b
c 3
d
2
2
3
4
4
(T2 − T1 ) + (T2 − T1 ) + (T2 − T1 )
2
3
4

Untuk sistem yang melibatkan perubahan fasa persamaan yang digunakan adalah :
T2

Tb

T1

T1

∫ CpdT = ∫ Cp dT
l

T2

+ ∆H Vl + ∫ Cp v dT
Tb

Perhitungan energi untuk sistem yang melibatkan reaksi :
T

T

2
2
dQ
= r∆H r (T ) + N ∫ CpdTout − N ∫ CpdTin
dt
T1
T1

B.1

Data-Data Kapasitas Panas, Panas Perubahan Fasa, dan Panas Reaksi
Komponen

Tabel B.1 Data Kapasitas Panas Komponen Cair ( J/mol K)
Kapasitas Panas Cairan, Cpl = a + bT + CT2 + dT3 + eT4 (J/mol K)
Komponen

a

b

c

d

e

H2O

1,82964E+01

4,72118E-01

-1,33878E-03

1,31424E-06

0,00000E+00

(Perry, 2007)

Tabel B.2 Data Kapasitas Panas Komponen Gas ( J/mol K)
Kapasitas Panas Gas, Cpg = a + bT + CT2 + dT3 + eT4 (J/mol K)
Komponen

a

b

c

d

e

O2

2,9883E+01

-1,1384E-02

4,3378E-05

-3,7006E-08

1,0101E-11

N2

2,9412E+01

-3,0068E-03

5,4506E-05

5,1319E-09

-4,2531E-12

CO2

1,9022E+01

7,9629E-02

-7,3707E-05

3,7457E-08

-8,1330E-12

H2O

3,4047E+00

-9,6506E-03

3,2998E-05

-2,0447E-08

4,3023E-12

CH4

3,8387E+01

-2,3664E-02

2,9098E-04

-2,6385E-07

8,0068E-11

C2H6

3,3834E+01

-1,5518E-02

3,7689E-04

-4,1177E-07

1,3889E-10

C3H8

4,7266E+01

-1,3147E-01

1,1700E-03

-1,6970E-06

8,1891E-10

C4H10

6,6709E+01

-1,8552E-01

1,5284E-03

-2,1879E-06

1,0458E-09

(Perry, 2007)

Tabel B.3 Kapasitas Panas Padatan (s)
Kapasitas Panas Padatan, Cps = a + bT + cT-2 (kal/mol K)
Komponen

a

b

c

T range (K)

10,87

0,0087

-241.200

273 – 848

10,95

0,0055

-

848 – 1.873

SiC

8,89

0,0029

-284.000

173 – 1.629

C

2,637

0.0026

-116.900

273 – 1.373

SiO2

(Perry, 2007)

Tabel B.4 Data Panas Reaksi Pembentukan
Panas Reaksi Pembentukan (∆Hf, 250C)

Komponen

( kJ/kmol)

CH4

-78.451,6774

C2H6

-84.684,0665

C3H8

-103.846,7654

C4H10

-126.147,4607

H2O

-241.834,9330

CO2

-393.504,7656

CO

-110.541,1580

SiO2

-851.385,7800

SiC

-117.230,4000

(Perry, 2007)

B.2

Perhitungan Neraca Panas

B.2.1 Pelletizing Machine
Fungsi : Memperbesar ukuran bahan menjadi bentuk pellet, untuk
memperbesar porositas bahan.
Asumsi : Selama proses terjadi kenaikan suhu bahan menjadi 400C.

10Na2O.30SiO2.60H2
O
5
SiO2
C
FePO4

SiO2
C
FePO4

4

6

10Na2O.30SiO2.60H2
O

dQ
=
dT

∑N ∫
out
s

313

298

CpdT − ∑ N sin ∫

303

298

CpdT

a. Menghitung Panas Masuk
303

SiO2

: Qi SiO2

∫ Cp

= N6 SiO2.

SiO2

dT

298

= 85,2960 (kmol/jam). 1840,5824 (J/mol)
= 156.994,2867 (kJ/jam)
303

C

: Qi C

= N6 C.

∫ Cp

C

dT

298

= 256,6805 (kmol/jam). 529,4370 (J/mol)
= 135.896,1639 (kJ/mol)
303

FePO4 : Qi FePO4

6

=N

FePO4.

∫ Cp

FePO4

dT

298

= 0,5678 (kmol/jam). 474,5705 (J/mol)
= 269,4703 kJ/jam
303

Na2O : Qi Na2O

∫ Cp

= N6 Na2O.

Na 2O

dT

298

= 1,5893 (kmol/jam). 346,4530 (J/mol)
= 550,6137 kJ/jam
303

H2O

: Qi H2O

7

=N

H2O.

∫ Cp

H 2O

dT

298

= 9,5179 (kmol/jam). 374,6878 (kJ/mol)
= 3.566,2332 kJ/jam

b. Menghitung Panas Keluar
313

SiO2

: Qo SiO2

= N8 SiO2.

∫ Cp

SiO2

dT

298

= 85,2960 (kmol/jam). 2.301,5507 (J/mol)
= 196.313,0313 (kJ/jam)
313

C

: Qo C

8

=N

C.

∫ Cp

C

dT

298

= 256,6805 (kmol/jam). 621,9829 (J/mol)
= 159.650,8941 (kJ/mol)

313

FePO4 : Qo FePO4 = N8 FePO4.

∫ Cp

FePO4

dT

298

= 0,5678 (kmol/jam). 1.461,4185 (J/mol)
= 830,4358 kJ/jam
313

Na2O : Qo Na2O

8

=N

Na2O.

∫ Cp

Na 2O

dT

298

= 1,5893 (kmol/jam). 1.050,3585 (J/mol)
= 1.668,7526 kJ/jam
313

H2O

: Qo H2O

= N8 H2O.

∫ Cp

H 2O

dT

298

= 9,5179 (kmol/jam). 1.125,7408 (kJ/mol)
= 10.714,6635 kJ/jam

Tabel B. 5 Neraca Energi pada Pelletizing Machine (L-102)
Komponen

Masuk (kJ)

Keluar (kJ)

SiO2

156.994,2867

196.313,0313

C

135.896,1639

159.650,8941

Na2O

269,4703

1.668,7526

FePO4

550,6137

830,4358

3.566,2332

10.714,6635

297.276,7679

369.177,7774

-

-

71.901,0095

-

369.177,7774

369.177,7774

H2O
Jumlah
∆Hr
Q
Total

B.2.2 Bucket Elevator (C-110)
Fungsi : Mengangkut bahan baku dari pelletizing machine ke rotary kiln
pre-heater.
Asumsi : terjadi penurunan suhu bahan menjadi 35 0C, selama pengangkutan.

H 2O
SiO2

35oC, 1 atm

H2
SiO2
O

o

40 C, 1 atm
C
8
FePO4
10Na2O.30SiO2.60H2

9

O

C
FePO4
10Na2O.30SiO2.60H2
O

a. Menghitung Panas Masuk
Panas masuk bucket elevator sama dengan panas keluar pelletizing machine pada
alur 8, yaitu = 369.177,7774 kJ/jam.

b. Menghitung Panas Keluar
308

SiO2

: Qo SiO2

= N9 SiO2.

∫ Cp

SiO2

dT

298

= 85,2960 (kmol/jam). 2.069,7463 (kJ/mol)
= 176.541,0481 (kJ/jam)
308

C

: Qo C

9

=N

C.

∫ Cp

dT

SiO2

298

= 256,6805 (kmol/jam). 575,1541 (J/mol)
= 147.630,8532 (kJ/mol)
308

FePO4 : Qo FePO4 = N9 FePO4.

∫ Cp

SiO2

dT

298

= 0,5678 (kmol/jam). 961,7110 (J/mol)
= 546,0781 kJ/jam
308

Na2O : Qo Na2O

9

=N

Na2O.

∫ Cp

SiO2

dT

298

= 1,5893 (kmol/jam). 696,5830 (J/mol)
= 1.107,0712 kJ/jam

308

H2O

: Qo H2O

= N9 H2O.

∫ Cp

dT

SiO2

298

= 9,5179 (kmol/jam). 749,9460 (J/mol)
= 7.137,8942 kJ/jam

Tabel B.6 Neraca Energi pada Bucket Elevator (C-110)
Komponen

Masuk (kJ/jam)

Keluar (kJ/jam)

H8

H9

SiO2

196.313,0313

176.541,0481

C

159.650,8941

147.630,8532

Na2O

1.668,7526

1.107,0712

FePO4

830,4358

546,0781

H2O

10.714,6635

7.137,8942

Jumlah

369.177,7774

332.962,9448

∆Hr

-

-

Q

-

36.214,8326

369.177,7774

369.177,7774

Total

B.2.3 Burner (B-101)
Fungsi : Tempat pembakaran gas alam sebagai sumber panas preheater (B-102)

(

)

1136
303
dQ
= r.∆H r 30 0 C + ∑ N sout ∫
CpdT − ∑ N sin ∫ CpdT
298
298
dT

a. Menghitung Panas Reaksi Pembakaran Gas Alam (∆Hr)
Reaksi pembakaran gas alam:
CH4(g) + 2O2(g)

→

CO2(g) + 2H2O(g)

………(1)

C2H6(g) +

→

2CO2(g) + 3H2O(g)

………(2)

C3H8(g)+ 5O2(g)

→

3CO2(g) + 4H2O(g)

………(3)

C4H10(g) +

→

4CO2(g) + 5H2O(g)

………(4)

7

2

O2(g)

13

2

O2(g)

1) Panas Reaksi Pembakaran Metana (CH4)
∆Hr(1) (30oC) = ∆Hro(1) +

∫ (Cpg

303

CO2

)

+ 2Cpl H 2O − Cpg CH 4 − 2Cpg O2 dT

298

r(1)

= 30,0480 kmol/jam

∆Hro(1)

= ∆Hro(CO2) + 2 ∆Hro(H2O) –∆Hro(CH4) – 2 ∆Hro(O2)
= -393.504,7656 +2 x (-241.834,933) – (-78.451,6800)
– 2 x (0)
= -798722,9542 J/mol

∆Hr(1) (30oC) = ∆Hro(1) +

∫ (Cpg

)

303

CO2

+ 2Cpl H 2O − Cpg CH 4 − 2Cpg O2 dT

298

= -798.722,9542 + [(186,2256) + ( 2 x 374,6878) – (255,2257)
– (2 x 147,2875)]
= -798.337,1537 J/mol

2) Panas Reaksi Pembakaran Etana (C2H6)
∆Hr(2) (30oC) = ∆Hro(2) +

∫ (2Cpg

)

303

CO2

+ 3Cpl H 2O − Cpg C2 H 6 − 7 2 Cpg O2 dT

298

r(2)

= 2,5040 kmol/jam

∆Hro(2)

= 2 ∆Hro(CO2) + 3 ∆Hro(H2O) - ∆Hro(C2H6) –

7

2

∆Hro(O2)

= 2x(-393.504,7656) + 3x(-241.834,933) – (-84.684,0665)
–

7

2

x(0)

= -1.427.830,2637 J/mol
∆Hr(2) (30 C) =
o

∫ (2Cpg

)

303

∆Hro(2)

+

CO2

+ 3Cpl H 2O − Cpg C2 H 6 − 7 2 Cpg O2 dT

298

= -1.427.830,2637+ [(2 x 186,2256) + ( 3 x 374,6878)
– (265,8178) – ( 7 2 x 147,2875)]
= -1.427.152,1744 J/mol

3) Panas Reaksi Pembakaran Propana (C3H8)
∆Hr(3) (30oC) = ∆Hro(3) +

∫ (3Cpg

303

CO2

)

+ 4Cpl H 2O − Cpg C3 H 8 − 5Cpg O2 dT

298

r(3)

= 0,4173 kmol/jam

∆Hro(3)

= 3∆Hro(CO2) + 4 ∆Hro(H2O) - ∆Hro(C3H8) – 5 ∆Hro(O2)
= 3x(-393.504,7656) +4x(-241.834,933) – (-103.846,7654)
– 5 x (0)
= -2.044.007,2634 J/mol

∆Hr(3) (30oC) = ∆Hro(3) +

∫ (3Cpg

)

303

CO2

+ 4Cpl H 2O − Cpg C3 H 8 − 5Cpg O2 dT

298

= -2.044.007,2634 + [(3 x 186,2256) +( 4 x 374,6878)
– (370,2066) – (5 x 147,2875)]
= -2.043.056,4796 J/mol

4) Panas Reaksi Pembakaran Butana (C4H10)
∆Hr(4) (30oC) = ∆Hro(2) +

∫ (4Cpg

)

303

CO2

+ 5Cpl H 2O − Cpg C4 H10 − 13 2 Cpg O2 dT

298

r(4)

= 0,4173 kmol/jam

∆Hro(4)

= 4 ∆Hro(CO2) + 5 ∆Hro(H2O) - ∆Hro(C4H10) –

13

2

∆Hro(O2)

= 4x(-393.504,7656) + 5x(-241.834,933) – (-126.147,4607)
–

13

2

x(0)

= -2.657.046,2667 J/mol
∆Hr(4) (30 C) =
o

∫ (4Cpg

303

∆Hro(2)

+

CO2

)

+ 5Cpl H 2O − Cpg C4 H10 − 13 2 Cpg O2 dT

298

= -1.427.830,2637 + [(2 x 186,2256) + ( 3 x 374,6878) –
(166.052,4848) – ( 13 2 x 147.2875)]
= -2.657.374,7234 J/mol

Panas Reaksi Total:
4

∑ ri ∆Hri (T )
i =4

∑ r ∆Hr (30 C )
4

=

0

i =4

i

i

= r(1) ∆Hr(1) (30oC) + r(2) ∆Hr(2) (30oC) + r(3) ∆Hr(3) (30oC) +
r(4) ∆Hr(4) (30oC)
= (30,0480 x -798.337,1537) + (2,5040 x -1.427.152,1744) +
(0,4173 x -2.043.056,4796) + (0,4173 )x (-2.657.374,7234)
= -29.523.663,9010 kJ/jam

b. Menghitung Panas Masuk
1) Panas Alur 10
303

CH4

: QiCH4

10

=N

∫ Cpg

CH4.

CH 4

dT

298

= 30,0480 kmol/jam x 255,2257 J/mol
= 7.669,0199 kJ/jam
303

C2H6 : QiC2H6

∫ Cpg

= N10 C2H6.

C2 H 6

dT

298

= 2,5040 kmol/jam x 265,8178 J/mol
= 665,6076 kJ/jam

303

C3H8 : QiC3H8

= N10 C3H8.

∫ Cpg

C3 H 8

dT

298

= 0,4173 kmol/jam x 370,2066 J/mol
= 154,4995 kJ/jam

303

C4H10 : QiC4H10

10

=N

C4H10.

∫ Cpg

C 4 H10

dT

298

= 0,4173 kmol/jam x 490,6778 J/mol
= 204,7761 kJ/jam
2) Panas Alur 12
303

O2

: QiO2

= N12 O2.

∫ Cpg

O2

dT

298

= 49,7800 kmol/jam x 147,2875 J/mol
= 18.181,0788 kJ/jam
303

N2

: QiN2

= N12 N2.

∫ Cpg

N2

dT

298

= 464,3671 kmol/jam x 167,6749 J/mol
= 77.862,7303 kJ/jam

c. Menghitung Panas Keluar
1) Panas Alur 13
TO

O2

13

: QoO2

=N

∫ Cpg

O2.

O2

dT

298

TO

= 49,7800 kmol/jam . ∫ Cpg O2 dT
298

TO

N2

13

: QoN2

=N

N2.

∫ Cpg

N2

dT

298

TO

∫ Cpg

= 464,3671 kmol/jam .

N2

dT

CO2

dT

298
TO

CO2

13

: QoCO2

=N

CO2.

∫ Cpg

CO2

dT

298

TO

= 37,9773 kmol/jam .

∫ Cpg

298

H2O

: Tekanan di alur 13 sebesar 1 atm = 101,325 kPa
Titik didih air = 373 K
∆HVL(373)

= 2257,3 kJ/kg (Reklaitis, 1983)
= 2257,3 kJ/kg x 18,016 kg/kmol
= 40667,5168

TO

13

QoH2O

=N

H2O.

∫ Cp

H 2O

dT

298

TO

 373
= 71,3640 x  ∫ Cpl H 2O dT + ∆H VL + ∫ Cpv H 2O dT 


373

 298

Asumsi tidak ada panas yang hilang selama pembakaran, sehingga dQ/dt = 0

∑ r ∆Hr (30 C ) + Qo – Qi
4

dQ/dt =

0

i =4

i

i

0

= -29.523.663,9010 kJ/jam + Qo – 104.737,7123 kJ/jam

Qo

= 29.628.401,6133 kJ/jam

TO

Qo

= N13 O2.

13
∫ Cpg O2 dT + N N2.

298

TO

∫ Cpg

dT

298

TO

+ N13 CO2.

N2

13
∫ Cpg CO2 dT + N H2O.

298

TO

∫ Cp

dT

298

TO

TO

298

298

= 49,7800. ∫ Cpg O2 dT + 464,3671 .

H 2O

∫ Cpg

TO
N2

dT + 37,9773.

∫ Cpg

CO2

298

TO

 373
+ 71,3640.  ∫ Cpl H 2O dT + ∆H VL + ∫ Cpv H 2O dT 


373

 298

Dengan menggunakan Metode Newton-Rapshon pada program Matlab
diperoleh suhu To = 1135,6570 = 1136 K = 863 0C

dT

Maka,
1136

O2

: QiO2

∫ Cpg

= N13 O2.

O2

dT

298

= 49,7800 kmol/jam x 27.494,7093 J/mol
= 1.368.687,9449 kJ/jam

1136

N2

: QiN2

∫ Cpg

= N13 N2.

N2

dT

298

= 464,3671 kmol/jam x 49.501,7634 J/mol
= 22.986.992,0204 kJ/jam

1136

CO2

: QiCO2

∫ Cpg

= N13 CO2.

CO2

dT

298

= 37,9773 kmol/jam x 40.858,0236 J/mol
= 1.551.678,4385 kJ/jam
1136

H2O

13

: QiH2O = N

H2O.

∫ Cp

H 2O

dT

298

1136
 373

= 47,5760 kmol/jam x  ∫ Cpl H 2O dT + ∆H VL + ∫ Cpv H 2O dT 
 298

373



= 71,3640 x 52.141,7527 J/mol
= 3.721.043,2095 kJ/jam

Tabel B.7 Neraca Energi pada Burner (B-101)
Masuk (kJ/jam)

Komponen
H10

Keluar (kJ/jam)

H12

H13

CH4

7.669,0199

-

-

C2H6

665,6076

-

-

C3H8

154,4995

-

-

C4H10

204,7761

-

-

O2

-

18.181,0788

1.368.687,9449

N2

-

77.862,7303

22.986.992,0204

Tabel B.7 Neraca Energi ............. (Lanjutan)
Komponen

Masuk (kJ/jam)

Keluar (kJ/jam)

H10

H12

CO2

-

-

1.551.678,4385

H2O

-

-

3.721.043,2095

Jumlah

8.693,9032

Sub Total

96.043,8091

104.737,7123

H13

29.628.401,6133
29.628.401,6133

∆Hr

29.523.663,9010

-

Total

29.628.401,6133

29.628.401,6133

B.2.4 Rotary Kiln Pre-Heater (B-102)
Fungsi : Pemanas awal bahan baku sampai suhu 6170C, sebelum dikirim ke Electric
Furnace (B-103)

c. Menghitung Panas Masuk
1) Panas Alur 9
Panas masuk pada alur 9 Rotary Kiln Pre-Heater (B-102) sama dengan
panas keluar pada alur 9 Bucket Elevator (C-110), yaitu: 369.177,7774 kJ/jam

2) Panas Alur 13
Panas masuk pada alur 13 Rotary Kiln Pre-Heater (B-102) sama dengan
panas keluar pada alur 13 Burner (B-101) pada suhu 863
29.628.401,6133 kJ/jam.

d. Menghitung Panas Keluar
1) Panas Alur 15
Panas keluar pada alur 15, pada suhu 6170C (873 K)
890

SiO2

: Qo SiO2

15

=N

∫ Cp

SiO2.

SiO2

dT

298

= 85,2960 kmol/jam x 45.853,5392 J/mol
= 4.007.033,8625 kJ/jam
890

C

: Qo C

= N15 C.

∫ Cp

C

dT

298

= 256,6805 kmol/jam x 9.440,2085 J/mol
= 2.510.690,8311 kJ/jam
890

FePO4: Qo FePO4

15

=N

∫ Cp

FePO4.

FePO4

dT

298

= 0,5678 kmol/jam x 96.469,7050 J/mol
= 56.396,8703 kJ/jam
890

Na2O: Qo Na2O

= N15 Na2O.

∫ Cp

Na 2O

dT

298

= 1,5893 kmol/jam x 53.800,5248 J/mol
= 88.032,5002 kJ/jam

2) Panas Alur 14
Panas keluar pada alur 14, pada suhu 6250C (898 K)
898

O2 : QoO2

= N14 O2.

∫ Cpg

O2

dT

298

= 49,7800 kmol/jam x 19.144,7763
= 953.027,8831 kJ/jam

0

C, yaitu:

898

∫ Cpg

= N14 N2.

N2: QoN2

N2

dT

298

= 464,3671 kmol/jam x 29.531,7127
= 13.713.556,8035 kJ/jam
898

CO2

14

: QoCO2

=N

∫ Cpg

CO2.

CO2

dT

298

= 37,9773 kmol/jam x 32.417,3140
= 1.231.122,8678 kJ/jam

H2O

: Tekanan di alur 14 sebesar 1 atm = 101,325 kPa
Titik didih air = 373 K
∆HVL(373)

= 2.257,3 kJ/kg (Reklaitis, 1983)
= 2.257,3 kJ/kg x 18,016 kg/kmol
= 40.667,5168 J/mol

898

QiH2O

14

=N

H2O.

∫ Cp

H 2O

dT

298

898
 373

= N14 H2O x  ∫ Cpl H 2O dT + ∆H VL + ∫ Cpv H 2O dT 
373
 298


= 146,5691 kmol/jam x 50.498,3858
= 7.401.502,9396 kJ/jam

Tabel B.8 Neraca Energi pada Rotary Kiln Pre-Heater (B-102)
Komponen

Masuk (kJ/jam)

Keluar (kJ/jam)

H9

H13

H15

H14

SiO2

176.541,0481

-

4.007.033,8625

-

C

147.630,8532

-

2.510.690,8311

-

FePO4

546,0781

-

56.396,8703

-

Na2O

1.107,0712

-

88.032,5002

-

H2O

7.137,8942

3.721.043,2095

-

7.401.502,9396

Tabel .B.8 Neraca Energi pada Rotary ……………… (B-102) (Lanjutan)
Komponen

Masuk (kJ/jam)

Keluar (kJ/jam)

H9

H13

H15

H14

N2

-

22.986.992,0204

-

13.713.556,8035

CO2

-

1.551.678,4385

-

1.231.122,8678

666.2154,0641

23.299.210,4939

Jumlah

332.962,9448 29.628.401,6133

Sub Total

29.961.364,5581

29.961.364,5581

∆Hr

-

-

Q

-

-

29.961.364,5581

29.961.364,5581

Total

B.2.5 Electric Furnace (B-103)
Fungsi: Tempat reaksi reduksi dimana terjadinya pembentukan SiC pada
suhu 16000C.

(

)

1135
303
dQ
= r.∆H r 30 0 C + ∑ N sout ∫
CpdT − ∑ N sin ∫ CpdT
298
298
dT

a. Menghitung Panas Reaksi (∆Hr)
1)

Panas Reaksi Reduksi

Reaksi:
SiO2 + 3 C → SiC + 2 CO ……. (1)

∫ (Cps

)

1873

∆Hr(1) (1600oC)

= ∆Hro(1) +

SiC

+ 2Cpg CO − Cps SiO2 − 3Cps C dT

298

r(1)

= 81,8841 kmol/jam

∆Hro(1)

= ∆Hro(SiC) + 2 ∆Hro(CO) –∆Hro(SiO2) – 3 ∆Hro(C)
= -117.230,4000 + 2 x (-110.541,1580)
- (-851.385,7800) – 3 x (0)
= 513.073,0640 J/mol

∫ (Cps

)

1873

∆Hr(1) (1600 C)
o

=

∆Hro(1)

+

SiC

+ 2Cpg CO − Cps SiO2 − 3Cps C dT

298

= 513.073,0640 + (-43.900,5072)
= 469.172,5568 J/mol

2)

Panas Reaksi Pembakaran Karbon Monooksida

Reaksi:
CO +

r(2)

1

2

O2 → CO2

……. (2)

= 163,7683 kmol/jam

∆Hro(2)

= ∆Hro(CO2) - ∆Hro(CO) –

1

2

∆Hro(O2)

= -393504,7656 – (-110541,1580) –

1

2

x (0)

= -282.963,6076 J/mol
∆Hr(2) (1600 C)
o

∫ (Cpg

1873

=

∆Hro(2)

+

CO2

298

= -282.963,6076 + 19.721,2229
= -263.242,3847 J/mol

)

− Cpg CO − 1 2 Cpg O2 dT

Maka, panas reaksi total
2

∑ ri ∆Hri (T ) =
i =2

∑ r ∆Hr (1600 C )
2

0

i=2

i

i

= r(1) ∆Hr(1) (1600oC) + r(2) ∆Hr(2) (1600oC)
= 81,8841 x 469172,5568 + 163,7683 x (-263242,3847)
= -4.692.961,5647 kJ/jam

b.

Menghitung Panas Masuk

1) Panas Masuk Alur 15
Panas masuk pada alur 15 Electric Furnace (B-103) sama dengan
panas keluar pada alur 15 Fluidized Bed Preheater (B-102)
QSiO2

= 4.007.033,8625 kJ/jam

QC

= 2.510.690,8311 kJ/jam

QFePO4

= 56.396,8703 kJ/jam

QNa2O

= 88.032,5002 kJ/jam

2) Panas Masuk Alur 16
303

O2

: QiO2

16

=N

O2.

∫ Cpg

O2

dT

298

= 12.105,1121 kJ/jam
303

N2

:

QiN2

16

=N

N2

∫ Cpg

N2

dT

298

= 57.577,1166 kJ/jam
∑ Qi

= Q15 + Q16
= 6.731.836,2929 kJ/jam

c. Menghitung Panas Keluar
1) Panas Keluar Alur 17
1673

CO2

17

: QiCO2 = N

∫ Cpg

CO2.

dT

CO2

298

= 11.774.571,9283 kJ/jam

1673

N2

∫ Cpg

17
: QiN2 = N N2

dT

N2

298

= 37.057.546,7412 kJ/jam

2) Panas Keluar Alur 18
1873

SiO2 : Qo SiO2

∫ Cp

= N18 SiO2.

SiO2

dT

298

= 383.393,0281 kJ/jam

1873

C

: Qo C

18

=N

C.

∫ Cp

C

dT

298

= 356.468,8006 kJ/jam

1873

FePO4: Qo FePO4

∫ Cp

= N18 FePO4.

FePO4

dT

298

= 214.863,0053 kJ/jam

1873

Na2O: Qo Na

18

=N

Na2O.

∫ Cp

Na 2O

dT

298

= 328.883,9479 kJ/jam

1873

SiC: Qo SiC

= N18 SiC.

∫ Cp

SiO2

dT

298

= 6.298.498,8766 kJ/jam

∑ Qo

= Q17 + Q18
= 56.414.226,3280 kJ/jam

2

dQ/dt

=

∑ r ∆Hr (T ) + Qo – Qi
i =2

i

i

= (-4.692.961,5647) + 56.414.226,3280 – 6.731.836.2929 )
= 44.989.428,4704 kJ/jam

Tabel B.9 Neraca Panas pada Electric Furnace (B-103)
Komponen

Masuk (kJ/jam)
H15
H16

Keluar (kJ/jam)
H17
H18

SiO2
C

4.007.033,8625
2.510.690,8311

-

-

383.393,0281
356.468,8006

FePO4

56.396,8703

-

-

214.863,0053

Na2O
SiC

88.032,5002
-

-

-

328.883,9479
6.298.498,8766

O2

-

12.105,1121

-

-

N2

-

57.577,1166

37.057.546,7412

-

CO2

-

11.774.571,9283

-

48.832.118,6695

7.582.107,6585

Jumlah

6.662.154,0641

69.682,2287

Sub Total

6.731.836,2929

56.414.226,3280

∆Hr

4.692.961,5647

-

Q

44.989.428,4704
56.414.226,3280

56.414.226,3280

Total

B.2.6 Cooling Yard (A-101)
Fungsi: Menurunkan suhu produk SiC dari furnace menjadi 300C.
T: 30 oC

T: 1600 oC

SiC

SiC

C

C

SiO2

SiO2

FePO4

FePO4

Na2O

Na2O

T: 30oC

T : 25 oC
Untuk mendinginkan bahan keluaran furnace dari 16000C menjadi 300C, estimasi
suhu udara pendingin 250C, suhu udara panas keluar 30 oC.

Panas Masuk
Alur 18
Panas masuk pada alur 19 Cooling Yard (A-101) sama dengan panas keluar pada alur
18 Electric Furnace (B-103):
∑Q19

:

7.582.107,6585 kJ/jam

Panas Keluar
Alur 20
303

SiO2

: Qo SiO2

= N20 SiO2.

∫ Cp

SiO2

dT

298

= 34,199.1793 kJ/jam
303

C

: Qo C

= N32 C.

∫ Cp

SiO2

dT

298

= 5,357.7440
303

FePO4 : Qo FePO4 = N32 FePO4.

∫ Cp

298

= 271.8152 kJ/jam

SiO2

dT

303

Na2O : Qo Na2O

∫ Cp

= N32 Na2O.

SiO2

dT

298

= 585.6527 kJ/jam
303

SiC

: Qo SiC

= N32 SiC.

∫ Cp

SiO2

dT

298

= 55,700.2387 kJ/jam
∑Q20

= Qo SiO2 + Qo C + Qo FePO4 + Qo Na2O + Qo SiC
= 96,114.6300 kJ/jam

= ∑Q19-∑Q20

Beban Panas Udara Pendingin

= 7,485,993.0285 kJ/jam
Q udara

303

303

298

298

= N O2 ∫ Cp O2 dT + N N2 ∫ Cp N 2 dT
303

303

298

298

7,485,993.0285 kJ/jam = N O2 ∫ Cp O2 dT + N N2 ∫ Cp N 2 dT
303

303

298

298

7,485,993.0285 kJ/jam = 0,21 Nudara ∫ Cp O2 dT + 0,79 Nudara ∫ Cp N 2 dT
Nudara = 45,694.7376 kmol/jam
Diperoleh massa udara yang diperlukan = 1,314,444.4793 kg/jam
Tabel B.10 Neraca Panas pada Cooling Yard (A-101)
Komponen
Qin (kJ/jam)
Qout (kJ/jam)
Umpan

7.582.107,6585

-

Produk

-

96.114,6300

Udara

-

7.485.993,0285

Total

7.582.107,6585

7.582.107,6585

B.2.7 Mixing Point (M-102)
FC

FC

M-102

O2
N2
CO2
H2O

22

24
1031oC, 5 atm

625oC, 5 atm
FC

O2
N2

23
1400oC, 5 atm

a. Panas Masuk
1) Panas Masuk Alur 22 :
Panas keluar pada alur 22, pada suhu 6250C (898 K), 5 atm.
898

O2 : QoO2

22

=N

∫ Cpg

O2.

O2

dT

298

8982

∫ Cpg

= 49,78 kmol/jam x

O2

dT

298

= 953.027,8831 kJ/jam

898

N2: QoN2

= N22 N2.

∫ Cpg

N2

dT

298

898

∫ Cpg

= 464,3671 kmol/jam x

N2

dT

CO2

dT

298

= 13.713.556,8035 kJ/jam

898

CO2

: QoCO2

= N22 CO2.

∫ Cpg

CO2

dT

298

898

= 37,9773 kmol/jam x

∫ Cpg

298

= 1.231.122,8678 kJ/jam

O2
N2
CO2
H 2O

H2O

: Tekanan di alur 22 sebesar 5 atm
Titik didih air = 424,86 K
∆HVL(424,86) = 2.107,4 kJ/kg (Reklaitis, 1983)
= 2.107,4 kJ/kg x 18,016 kg/kmol
= 37.966,9184 J/mol

898

QiH2O

∫ Cp

= N22 H2O.

H 2O

dT

298

898

 424,86
= 146,5691 kmol/jam x  ∫ Cpl H 2O dT + ∆H VL + ∫ Cpv H 2O dT 


424 ,86

 298

= 7.427.193,9471 kJ/jam

2) Panas Masuk Alur 23
Panas masuk pada 23 Mixing Point (M-102) sama dengan panas keluar pada
alur 17 Electric Furnace (B-103).
QiCO2

= 37.057.546,7412 kJ/jam

QiN2

= 11.774.571,9283 kJ/jam

∑Q23

= 48.832.118,6695 kJ/jam

∑Qi

= Q22 + Q23
= 72.157.020,1709 kJ/jam

b. Panas Keluar
1) Panas Keluar Alur 24 :
Asumsi sistem bersifat adiabatis, maka panas keluar pada Mixing Point (M-102)
sama dengan panas masuknya.
Total Qi = Qo = 72.157.020,1709 kJ/jam
To

O2

: QoO2

24

=N

O2.

∫ Cpg

O2

dT

298

TO

= 49,78 kmol/jam . ∫ Cpg O2 dT
298

TO

N2

: QoN2

= N24 N2.

∫ Cpg

N2

dT

298

TO

= 773,5466 kmol/jam .

∫ Cpg

dT

N2

298
TO

CO2

: QoCO2

24

=N

∫ Cpg

CO2.

CO2

dT

298

TO

= 202,3512 kmol/jam .

∫ Cpg

CO2

dT

298

H2O

: Tekanan di alur 22 sebesar 5 atm
Titik didih air = 424,86 K
∆HVL(424,86) = 2.107,4 kJ/kg (Reklaitis, 1983)
= 2.107,4 kJ/kg x 18,016 kg/kmol
= 37.966,9184 J/mol
To

QoH2O

= N24 H2O.

∫ Cp

H 2O

dT

298

To
 424,86


= 146,5691 kmol/jam x ∫ Cpl H 2O dT + ∆H VL + ∫ Cpv H 2O dT 

 298
424 ,86



Total Qo

= QoO2 + QoN2 + QoCO2 + QoH2O

48.104.680,1140

= N24 O2.

TO

24
∫ Cpg O2 dT + N N2.

298

TO

24
∫ Cpg CO2 dT + N H2O.

298

TO

∫ Cpg

298

To

∫ Cp

298

H 2O

dT

N2

dT + N24 CO2.

48.104.680,1140

TO

TO

298

298

= 49,78 x ∫ Cpg O2 dT + 773,5466 x ∫ Cpg N 2 dT +
TO

202,3512 x ∫ Cpg CO2 dT + 146,5691 x
298

To
 424,86

 Cpl dT + ∆H + Cpv dT 
VL
∫ H 2O
∫ H 2O 
 298
424 ,86



Dengan menggunakan Metode Newton-Rapshon pada program Matlab diperoleh
suhu keluar Mixing Point (M-102), To = 1,304K = 1031 0C

Tabel B.10 Neraca Energi Mixing Point (M-102)
Masuk (kJ/jam)
Komponen

Keluar (kJ/jam)

H22

H23

H24

O2

953.027,8831

-

1.667.505,3763

H2O

7.427.193,9471

-

8.128.105,6669

N2

13.713.556,8035

37.057.546,7412

52.175.099,9145

CO2

1.231.122,8678

11.774.571,9283

10.186.309,2133

23.324.901,5015

48.832.118,6695

72.157.020,1709

72.157.020,1709

72.157.020,1709

Jumlah
Sub Total
∆Hr

-

-

Q

-

-

72157020.1709

72.157.020,1709

Total

B.2.8 Gas Turbine (JJ-201)
Fungsi : mengubah energi panas dari gas panas menjadi energi mekanik berupa
putaran poros turbin untuk menggerakkan generator pembangkit listrik.

O2
N2
CO2
H2O

O2
N2
CO2
H2O

600oC, 1 atm
25

Generator

24
1031oC, 5 atm

a.Panas Masuk Alur 24
Panas masuk pada alur 24 Turbin sama dengan panas keluar pada alur 25
Mixing Point (M-102),
Qi :

72.157.020,1709 kJ/jam

b.Panas Keluar Alur 25
T24 = 10310 C = 1304 K
Pr 24 = 335,22

(Cengel dan Michael, 2005)

h24 = 1.400,728 kJ/kg
Ekspansi isentropis pada gas ideal, dengan rasio tekanan = 5
maka,
Pr 25 =

1
× Pr 24
5

Pr 25 =

1
× 335,22
5

(Cengel dan Michael, 2005)

= 67,044 T25 = 873 K = 6000C

(Cengel dan Michael, 2005)

maka,
873

O2

: QoO2

= N24 O2.

∫ Cpg

O2

dT

298

873

= 49.7800 kmol/jam . ∫ Cpg O2 dT
298

= 911.312,2941 kJ/jam

873

N2

= N24 N2.

: QoN2

∫ Cpg

N2

dT

298

873

= 773,5466 kmol/jam .

∫ Cpg

N2

dT

298

= 21.514.581,4122 kJ/jam

TO

CO2

24

: QoCO2

=N

CO2.

∫ Cpg

CO2

dT

298

TO

= 202,3512 kmol/jam .

∫ Cpg

CO2

dT

298

= 5.381.293,3871 kJ/jam

H2O

: Tekanan di alur 25 sebesar 1 atm
Titik didih air = 373 K
∆HVL(373)

= 2.257 kJ/kg (Reklaitis, 1983)
= 2.257 kJ/kg x 18,016 kg/kmol
= 40,660.3064 J/mol

873

24

QoH2O = N

H2O.

∫ Cp

H 2O

dT

298

873
 373

= 146.5691 kmol/jam x  ∫ Cpl H 2O dT + ∆H VL + ∫ Cpv H 2O dT 
373
 298


= 7.203.565,6160 kJ/jam

sehingga, Q25 = 35.010.752,7095 kJ/jam
Kerja yan g dihasilkan turbin, Wt :
Wt

= Cp (T24-T25)
= mg. (h24 - h25)

T25

= 873 K = 6000C

h25

= 903,204 kJ/kg

Wt

= mg.(h25-h24)
= (1400,728 - 903,204) kJ/kg
= 34.808,0257 kg/jam x 497,524 kJ/kg
= 17.317.828,1748 kJ/jam

Kerja yang disuplai turbin ke generator adalah Wt = 17.317.828,1748 kJ/jam
dQ dW
−
dt
dt

= ∑Qo - ∑Qi

(Cengel dan Boles, 2005)

dQ
– 17.317.828,1748
dt

= Q25 – Q24

dQ
– 17.317.828,1748
dt

= (35.010.752,7095 – 72.157.020,1709) kJ/jam

dQ
dt

= - 19.828.439,2866 kJ/kg

Tabel B. 11 Neraca Energi Gas Turbine (JJ-201)
Masuk (kJ/jam)

Keluar (kJ/jam)

H24

H25

O2

1.667.505,3763

911.312,2941

H2O

8.128.105,6669

7.203.565,6160

N2

52.175.099,9145

21.514.581,4122

CO2

10.186.309,2133

5.381.293,3871

Jumlah

72.157.020,1709

35.010.752,7095

Komponen

W

17.317.828,1748

∆Hr

-

-

Q

-

19.828.439,2866

Total

72.157.020,1709

72.157.020,1709

B.2.9 Steam Boiler (E-201)
Fungsi: Memanaskan boiler feed water untuk menghasilkan superheated steam.

H2O

28

565oC, 148 atm

TC

PC
O2
N2
CO2
H2O

25

27
100oC, 1 atm

600oC, 1atm

O2
N2
CO2
H2O

26
90oC, 148 atm

H2O

a. Panas Masuk
1) Panas Masuk Alur 25
Panas masuk pada alur 25 sama dengan panas keluar pada alur 25, turbin gas
(JJ-201), yaitu 35.010.752,7095 kJ/jam, dengan suhu gas masuk 873 K
= 6000C.

2) Panas Masuk Alur 26 :
Panas masuk pada alur 26 Steam Boiler (E-201) sama dengan panas keluar
pada alur 26 dari Pompa (P-102)
363

QiH2O

26

=N

H2O.

∫ Cp

H 2O

dT

298

= 607,8201 kmol/jam x 4.909,3461 J/mol
= 2.983.999,0374 kJ/jam

b. Panas Keluar
1) Panas Keluar Alur 28 :
Temperatur steam yang dihasilkan harus sesuai dengan temperatur gas
buang. Perbedaan temperatur yang terkecil antara 2 aliran gas dengan uap,
yang biasa disebut dengan titik penyempitan (pinch point) minimum 20 0C
(P. K Nag, 2002). Pada rancangan ini asumsi titik penyempitan (pinch point)
diambil sebesar 35 0C, maka suhu steam keluar alur 28 adalah 838 K =
5650C.
H2O

: Tekanan di alur 28 sebesar 15 MPa = 148 atm
Titik didih air = 615,24 K
∆HVL(615,24) = 1017,2205 kJ/kg

(Reklaitis, 1983)

= 1017,2205 kJ/kg x 18,016 kg/kmol
= 1835,43075 J/mol

838

28

QoH2O = N

H2O.

∫ Cp

dT

H 2O

298

838

 615, 24
= N28 H2O x  ∫ Cpl H 2O dT + ∆H VL + ∫ Cpv H 2O dT 


615, 24

 298

= 28.258.095,2870 kJ/jam

2)

Panas Keluar Alur 27
Asumsi sistem bersifat adiabatis.
∑ Qi

= ∑ Qo

Q25+ Q26

= Q28 + Q27

(35.010.752,7095 + 2.983.999,0374)

= 28.258.095,2870 + Q27

37,994,751.7469

= 18.838.730,1913 + Q27

Q27

= 9.736.656,4599 kJ/jam

To

27

9.736.656,4599 kJ/jam = N

O2.

∫ Cpg

298

N27 CO2.

To

27

O2

dT + N

N2.

∫ Cpg

N2

dT +

298

To

To

298

298

27
∫ Cpg CO2 dT + N H2O.

∫ Cp

H 2O

dT

Dengan menggunakan Metode Newton-Rapshon pada program Matlab diperoleh
suhu To = 100,2126 0C

Tabel B.12 Neraca Energi pada Steam Boiler (E-201)
Masuk (kJ/jam)

Komponen

Keluar (kJ/jam)

H25

H26

H28

O2

1.667.505,3763

-

-

111.138,3809

CO2

10.186.309,2133

-

-

589.563,7085

N2

52.175.099,9145

-

-

2.019.369,1017

H2O
Jumlah

H27

8.128.105,6669 2.983.999,0374 28.258.095,2870

7.016.585,2688

35.010.752,7095 2.983.999,0374 28.258.095,2870

9.736.656,4599

Sub Total

37.994.751,7469

37.994.751,7469

∆Hr

-

-

Q

-

-

37.994.751,7469

37.994.751,7469

Total

B.2.10 Steam Turbine (JJ-202)
Fungsi : Mengubah energi dari uap yang dihasilkan boiler menjadi energi
mekanik berupa putaran poros turbin untuk menggerakkan generator
pembangkit listrik.

H2O

28

H2O

29
o

565oC, 148 atm

46 C, 0,1 atm

Asumsi efisiensi turbin 85%.
Daya yang dihasilkan turbin:
PT

= ηT. F. (hi-hoa)

(Cengel dan Boles, 2005)

Pada alur 28
Panas masuk pada alur 28 Steam Turbine (JJ-202) sama dengan panas keluar
alur 28 pada Steam Boiler (E-201) = 28.258.095,2870 kJ/jam.
h28 (P = 15MPa, T = 838 K) = 3488,71 kJ/kg
s28 = 6,567
s29 = 6,567

Pada alur 29
P

= 0,1 atm = 10 kPa

hf

= 191,83 kJ/kg  sf = 0,649

hg

= 2584,7 kJ/kg sg = 8,150

6,567 = x.sf + (1-x) sg
6,567 = x. 0,6493 + (1-x) . 8,150
6,567 =0,6493x + 8,150 – 8,150x
7,503x =8,150-6,567
x =0,211
= 21,1 %
Kualitas uap = (100-21,1) % =78,9 %
hf

= 191,83

kJ/kg dan hfg = 2.392,8 kJ/kg

h29

= x.hf + (1-x). hg
= 0,211x 191,83 + (1-0,211)x 2584,7 Kj/kg
= 2.079,83 kJ/kg

h47 − hs
h47 − h48

ηT

=

hs

= h28 - [ηT(h28-h29)]
= 3.488,71 - [0.85(3488,71 -2.079,83)]
= 2.291,169 kJ/kg

(Cengel dan Michael, 2005)

Maka kerja yang dihasilkan turbin adalah
= ηT. F. (h28-hs)

WT

= 0,85 x 10.950 kg/jam x (3488,71-2.291,169) kJ/kg
= 11.146.112,8575 kJ/jam

h29

= 2.079,83 kJ/kg

Q29

= h29 x 10.950 kg/jam
=22.774.138,5 kJ/jam

dQ dW
−
dt
dt

= ∑Qo - ∑Qi

(Cengel dan Boles, 2005)

dQ
– 11.146.112,8575
dt

= Q29 – Q28

dQ
– 11.146.112,8575
dt

= (22.774.138,5 – 28.258.095,2870) kJ/jam

dQ
dt

=

5.662.156,0705 kJ/kg

Tabel B.13 Neraca Energi pada Steam Turbine (JJ-202)
Komponen
H2O

Masuk (kJ/jam)

Keluar (kJ/jam)

H28

H29

28.258.095,2870

22.774.138,5000

Jumlah

28.258.095,2870

22.774.138,5000

Sub Total

28.258.095,2870

22.774.138,5000

W

-

∆Hr

-

Q
Total

5.662.156,0705
33.920.251,3575

11.146.112,8575
33.920.251,3575

LAMPIRAN C
SPESIFIKASI PERALATAN
Spesifikasi peralatan dihitung berdasarkan urutan peralatan dalam flowsheet
pembuatan Silikon Karbida.

C.1 Gudang Penyimpanan FePO4 (TT-101)
Fungsi

:

Menyimpan

bahan-bahan

FePO4

sebelum

diproses selama 30 hari.
Jenis

:

Gedung berbentuk balok dengan atap berbentuk
limas.

Bahan Kontruksi

:

Bangunan Beton

Kondisi

:

Tekanan

: 1 atm

Suhu

: 300C

FePO4 yang diangkut dengan truk dimasukkan langsung ke gudang penyimpan
penyimpanan dengan kapasitas 30 hari. FePO4 ditempatkan dalam sak-sak dengan
berat @ 50 kg.
Jadi 1 sak memuat:

ρ FePO

4

= 2,87 gr/ml = 2,87 kg/dm3 = 2.870 kg/m3

Volume FePO4

=

FFePO4

ρ FePO

4

Kebutuhan FePO4

=

50 kg
= 0,01742 m 3
3
2.870 kg / m

= 85,6365 kg/jam

Banyak sak yang dibutuhkan dalam 30 hari
Jumlah sak (@ 50 kg) =

85,6365 kg/jam x 30 hari x 24 jam/hari
= 1.233,1652 sak
50 kg / sak

= 1.234 sak
Volume total sak tiap 30 hari : 0,01742 x 1.234 = 21,4983 m3
Faktor kosong ruangan = 20% dan area jalan dalam gudang = 20% ; sehingga:
Volume ruang yang dibutuhkan

= (1,4) 21,4983 m3
= 30,0976 m3

Dibangun 1 gedung penyimpanan :
Volume gedung = 30,0976 m3
Bangunan diperkirakan dibangun dengan panjang 4 m, dengan tinggi tumpukan
FePO4 2 m, sehingga :
V

= pxlxt

30,0976 m3 = (4) .(l).(2)
l

= 3,7622 m

Tinggi bangunan direncanakan 2½ x tinggi tumpukan bahan baku = 5 m
Jadi ukuran bangunan gedung yang digunakan adalah :
Panjang

= 4m

Lebar

= 4m

Tinggi

= 5m

C.2 Gudang Penyimpanan Pasir Silika (SiO2) (TT-102)
Fungsi

:

Menyimpan

bahan-bahan

SiO2

sebelum

diproses selama 30 hari.
Jenis

:

Gedung berbentuk balok dengan atap berbentuk
limas.

Bahan Kontruksi

:

Bangunan Beton

Kondisi

:

Tekanan

: 1 atm

Suhu

: 300C

Perhitungan desain bangunan

:

SiO2 yang diangkut dengan truk dimasukkan langsung ke gudang penyimpan
penyimpanan dengan kapasitas 30 hari.
FSiO2 = 4.838,4606 kg/jam

Untuk kapasitas 30 hari dapat dihitung :
FSiO2

= 4.838,4606 kg/jam x 30 hari x 24 jam/hari
= 3.483.691,6320 kg (30 hari)

ρ SiO

2

= 2,648 gr/ml = 2,648 kg/dm3 = 2.648 kg/m3

Volume SiO2

=

FSiO2

ρ SiO

2

=

3.483.691,6320 kg
= 1.315,5935 m3
2.648 kg / cm3

Faktor kosong ruangan = 20% dan area jalan dalam gudang = 20% sehingga:
= (1,4) 1.315,5935 m3

Volume ruang yang dibutuhkan

= 1.841,8309 m3
Bangunan diperkirakan dibangun dengan panjang 25 m, dengan tinggi tumpukan
SiO2 2 m, sehingga :
V =pxlxt
1.841,8309 m3 = (28) .(l).(2)
l = 32,8898 m
Tinggi bangunan direncanakan 2½ x tinggi tumpukan bahan baku = 5 m
Jadi ukuran bangunan gedung yang digunakan adalah :
Panjang

= 28 m

Lebar

= 33 m

Tinggi

= 5m

C.3 Gudang Penyimpanan Coke (TT-103)
Fungsi

:

Menyimpan

bahan-bahan

coke

sebelum

diproses selama 30 hari.
Jenis

:

Gedung berbentuk balok dengan atap berbentuk
limas.

Bahan Kontruksi

:

Bangunan Beton

Kondisi

:

Tekanan

: 1 atm

Suhu

: 300C

Perhitungan desain bangunan

:

Coke yang diangkut dengan truk dimasukkan langsung ke gudang penyimpan
penyimpanan dengan kapasitas 30 hari.
FCoke

= 3.082,9129 kg/jam

Untuk kapasitas 30 hari dapat dihitung :
FCoke

= 3.082,9129 kg/jam x 30 hari x 24 jam/hari
= 2.219.697,3230 kg (30 hari)

ρ Coke

= 0,77 gr/ml = 0,77 kg/dm3 = 770 kg/m3

Volume Coke

FCoke

=

ρCoke

=

2.219.697,3230 kg
= 2.882,7238 m3
3
770 kg / cm

Faktor kosong ruangan = 20% dan area jalan dalam gudang = 20% sehingga:
Volume ruang yang dibutuhkan

= (1,4) 2.882,7238 m3
= 4.035,8133 m3

Bangunan diperkirakan dibangun dengan panjang 40 m, dengan tinggi tumpukan
coke 2 m, sehingga :
V =pxlxt
4.035,8133 m3 = (40) .(l).(2)
l = 50,4477 m
Tinggi bangunan direncanakan 2½ x tinggi tumpukan bahan baku = 5 m
Jadi ukuran bangunan gedung yang digunakan adalah :
Panjang

= 40 m

Lebar

= 51 m

Tinggi

= 5m

C.4 Tangki Penyimpanan Larutan 10Na2O.30SiO2.60H2O (TT-104)
Fungsi

: Menyimpan bahan 10Na2O.30SiO2.60H2O sebelum diproses
selama 30 hari

Bahan konstruksi

: Carbon Steel SA – 285 Grade C

Bentuk

: Silinder vertikal dengan alas datar dan tutup ellipsoidal

Jenis sambungan

: Double welded butt joints

Jumlah

: 1 unit

Kondisi operasi:
Tekanan

= 1 atm

Temperatur

= 30 oC = 303,15 K

Laju alir massa

= 556,6371 kg/jam

Kebutuhan perancangan

= 30 hari

Faktor kelonggaran

= 20%

Data komposisi komponen:
•

Natrium Silikat

•

Air

= 69 %
= 31 %

Data densitas komponen:
•

Natrium Silikat

•

Air

= 2.400 kg/m3
= 995,647 kg/m3

(Perry, 1999)
Densitas campuran:
ρ campuran = 0,69 (2400 kg/m3) + 0,31(995,647 kg/m3)
= 1.428,8899 kg/m3

Perhitungan:
a. Volume tangki

Volume larutan =

kg
jam
556,6371 jam
× 30 hari × 24 hari
kg

1.428,8899 m 3

= 280,4826 m3

Faktor kelonggaran = 20%
Volume tangki, Vt =(100% +20%) x 280,4826 m3 = 336,5791 m3
Direncanakan dibangun 1 unit untuk kebutuhan 30 hari.

b. Diameter dan tinggi tangki

Hs

½D
∼

Volume silinder tangki (Vs)
Vs =

(Brownell & Young, 1959)

Perbandingan tinggi silinder dengan diameter tangki (Hs : D) = 4:3
Vs =

∼

Volume tutup tangki ellipsoidal (Ve)

He

½D

Perbandingan tinggi tutup tangki dengan diameter tangki (He : D) = 1:4
(Perry, 2007)

Ve =
∼

Volume tangki (V)

V

= Vs + Ve
=

336,5791 m3 = 1,1775 D3
D

= 6,5873 m

= 359,3433 in

Hs= (4/3) x D

= 8,7831 m

= 345,7911 in

r = ½D

= 3,2937 m

= 129,6716 in

Diameter dan tinggi tutup tangki
Diameter tutup = diameter tangki

1
4




= 5,7546 m

 8,7831 m 

4



Tinggi tutup

=  D = 

Tinggi Total (H)

= 1,6468 m
= 8,7831 m + 1,6468 m
= 10,4299 m

c. Tebal tangki
Untuk cylindrical shell:
ts =

P.r
+ Cc
S .Ej − 0,6 P

(Timmerhaus & Peter , 2004)

dimana :
P = maximum allowable internal pressure
r = jari-jari tangki
S = maximum allowable working stress
Ej = joint efficiency
Cc= allowance for corrosion
Tinggi cairan :
Hc
= (1 – 0,2) Hs
= 0,8 (8,7831 m)
= 7,0265 m

Phid

=
=
=
=

ρ x g x Hc
1.428,8899 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 7,0265 m
98.392,5671 N/m2
14,2706 psi

Tekanan udara luar, Po = 1 atm = 14,6959 psi
Poperasi = 14,2706 psi + 14,6959 psi
= 28,9665 psi
Faktor keamanan 20%,
Pdesain = (1+fk)Poperasi
= 1,2 x 34,7598 psi
= 34,7598 psi
Untuk bahan konstruksi Carbon steel, SA – 285, Grade C dan jenis
sambungan double-welded butt joint :
S = 13.750 psi
Ej = 0,85
C = 0,02 in/tahun
n = 10 tahun
Cc = 0,02 in/tahun x 10 tahun = 0,2 in
ts =
=

P.r
+ Cc
S .Ej − 0,6 P
34,7598 psi × 129,6716 in
+ 0,2 in
13.750 psi × 0,85 − 0,6 × 34,7598 psi

= 0,5863 in

Untuk ellipsoi