Pembuatan Silikon Karbida (SiC) dari Pasir Silika (SiO2) dan Karbon (C) dengan Kapasitas 20.000 Tahun.

LAMPIRAN A
NERACA MASSA
A.1

PERHITUNGAN PENDAHULUAN

A.1.1 Menghitung Kapasitas Produksi
Kapasitas produksi Silikon Karbida = 20.000 ton/tahun, dengan kemurnian
87% (% berat) dengan ketentuan sebagai berikut:
1 tahun

= 330 hari kerja

1 hari

= 24 jam

Kapasitas produksi tiap jam = 20.000 ton . 1 tahun . 1 hari . 1000 kg
tahun 330 hari 24 jam

1 ton

= 2.525,2525 kg/jam

Produk Akhir

= Silikon Karbida (SiC) dengan kemurnian 87 %

Kapasitas produksi

= 2.525,2525 kg/jam

Massa SiC Murni

= 87 % x 2.525,2525 kg/jam
= 2.196,9228 kg/jam
= F SiC = 2.196,9228 = 54,7913 kmol/jam

Mol SiC murni

Mr SiC

40,0962

Massa impuritis
• SiO2 (4,93%)

= 124,5406 kg/jam

• C (3,21%)

= 81,0298 kg/jam

• Na2O (2,60%)

= 65,6683 kg/jam

• FePO4 (2,26%)

= 57,0910 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

= 2.196,9228 kg/jam

Mol SiC murni

= 54,7913 kmol/jam

= N SiC = 56,8640 kmol/jam

Mol SiO2

96 %

Massa SiO2

= N SiO2 x Mr SiO2
= 56,8640 x 60,0864
= 3.416,7525 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

= 3.416,7525 kg/jam

x kg/jam + 0,0592x kg/jam = 3.416,7525 kg/jam
x

= 3.225,6404 kg/jam

Jumlah bahan baku :
SiO2 murni

= 3.225,6404 kg/jam

C

=

36
× 3.225,6404 kg jam = 2.055,2753 kg jam
56,5

10Na2O.30SiO2.60H2O

=

6,5
× 3.225,6404
56,5

FePO4

=

1
× 3.225,6404
56,5

jam

= 371,0914 kg jam

jam

= 57,0910 kg jam

kg

kg

A.2

PERHITUNGAN NERACA MASSA

A.2.1 Mixer (M-101)
Fungsi: Tempat pencampuran semua bahan baku.

10Na2O.30SiO2.60H2O
(17)
SiO2
C

(19)

(18)

SiO2
C
FePO4

FePO4

10Na2O.30SiO2.60H2O

Neraca massa komponen:
Alur 17
F(17) 10Na2O.30SiO2.60H2O

=

371,0914

kg/jam

F(18) SiO2

=

3.225,6404 kg/jam

F(18) FePO4

=

57,0910

F(18) C

=

2.055,2753 kg/jam

F(19) FePO4

=

57,0910

F(19) C

=

2.055,2753 kg/jam

F(19) SiO2

=

F (18) SiO2 + F (18)10 Na2O.30SiO2 .30 H 2O ×

Alur 18

kg/jam

Alur 19

=
F(19) Na2O

F(19) H2O

kg/jam
30 × Mr SiO2
Mr 10 Na2O.30 SiO2 .30 H 2O

3.416,7525 kg/jam

=

F (18) 10 Na2O.30 SiO2 .30 H 2O ×

=

57,0910 kg/jam

=

F (18) 10 Na2O.30 SiO2 .30 H 2O ×

=

114,3110 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 (M-101)
Masuk (kg/jam)

Komponen

Alur 17
10Na2O.30SiO2.60H2O

Keluar (kg/jam)

Alur 18

Alur 19

-

-

371,0914

SiO2

-

3.225,6404

3.416,7525

C

-

2.055,2753

2.055,2753

FePO4

-

57,0910

57,0910

Na2O

-

-

65,6683

H2O

-

-

114,3110

Subtotal

371,0914

Total

5.338,0067

5.709,0981

A.2.2 Pelletizing Machine (L-102)
Fungsi : Mengubah dan membentuk slurry menjadi pellet.

SiO2
C

H2O

(19a)

(19)

(20)

FePO4

SiO2
C
FePO4

10Na2O.30SiO2.60H2

10Na2O.30SiO2.60H2

O

O

Neraca massa komponen:
Alur 19
F(19) SiO2

=

3.416,7525 kg/jam

=

57,0910

F(19) C

=

2.055,2753 kg/jam

F(19) Na2O

=

65,6683

kg/jam

F(19) H2O

=

114,3110

kg/jam

(19)

F

FePO4

kg/jam

5.709,0981
5.709,0981

Alur 19a
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

= 5.709,0981 + 0,139 X

X

= 6.498,0105 kg/jam

F(19a) H2O

=

(0,139 x 6.498,0105) – 114,3110

=

788,9125

F(20) SiO2

=

3.416,7525 kg/jam

F(20) FePO4

=

57,0910

F(20) C

=

2.055,2753 kg/jam

(20)

=

65,6683

kg/jam

=

903,2235

kg/jam

kg/jam

Alur 20

F

Na2O

F(20) H2O

kg/jam

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

Masuk (kg/jam)
Alur 19

Keluar (kg/jam)

Alur 19a

Alur 20

SiO2

3.416,7525

-

3.416,7525

C

2.055,2753

-

2.055,2753

FePO4

57,0910

-

57,0910

Na2O

65,6683

-

65,6683

H2O

114,3110

788,9125

903,2235

5.709,0981

788,9125

6.498,0105

Subtotal
Total

6.498,0105

6.498,0105

A.2.3

Burner (B-101)
Fungsi : Tempat pembakaran gas alam sebagai sumber panas Rotary Kiln
Preheater (B-102).

24

E-139
B-101

FC

Gas Alam

Udara

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

= 90 %

X(22)C2H6

= 7,5 %

X(22)C3H8

= 1,25 %

(22)

X

C4H10

= 1,25 %

(Speight, dkk., 2006)

- Komposisi Udara :
X(23) O2

= 21 %

X(23)N2

= 79 %

- Reaksi :
1. CH4 + 2O2

→

CO2 + 2H2O

Konversi CH4 ≈ 100%
σ CH4

= -1

O2
N2
CO2
H 2O

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 400 kg/jam dengan kebutuhan udara (excess 20%) sebesar
11.706,5321 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 22
F(22)

=

400 kg/jam

N(22)

=

F 22
Mr gas alam

=

=

400 kg jam
17,9712

22,2578 kg/jam

kg
kmol

N(22)CH4

=

0,9 x N(22)

= 20,0320 kg/jam

F(22)CH4

=

N(22) CH4 x Mr CH4

= 321,3633 kg/jam

N(22)C2H6

=

0,075 x N(22)

= 1,6693 kg/jam

F(22)C2H6

=

N(22)C2H6 x Mr C2H6

= 50,1968 kg/jam

N(22)C3H8

=

0,0125 x N(22)

= 0,2782 kg/jam

F(22)C3H8

=

N(22) C3H8 x Mr C3H8

= 12,2685 kg/jam

N(22)C4H10

=

0,0125 x N(22)

= 0,2782 kg/jam

F(22)C4H10

=

N(22) C4H10 x Mr C4H10

= 16,1714 kg/jam

Alur 23
F(23)

= 11.305,6092 kg/jam

N(23)

=

F 23
Mr gas alam

=

11.305,6902 kg jam
28,8503 kg kmol

N(23)O2

= X(23)O2 x N(23)

=

82,2929 kg/jam

F(23)O2

= N(23)O2 x Mr O2

=

2.633,2744 kg/jam

N(23)N2

= X(23)N2 x N(23)

=

309,5781

F(23)N2

= N(23)N2 x Mr N2

=

8.672,3349 kg/jam

= 391,8710 kg/jam

kg/jam

Alur 24
N(24) CH4

N(24) C2H6

N(24) C3H8

N(24) C4H10

N(24)O2

=

N(22) CH4 – r CH4

=

N(22) CH4 – (konversi x N(22) CH4)

=

20,0320 – (1 x 20,0320)

=

0

=

N(22) C2H6 – r C2H6

=

N(22) C2H6 – (konversi x N(22) C2H6)

=

1,6693 – (1 x 1,6693)

=

0

=

N(22) C3H8 – r C3H8

=

N(22) C3H8 – (konversi x N(22) C3H8)

=

0,2782 – (1 x 0,2782)

=

0

=

N(22) C4H10 – r C4H10

=

N(22) C4H10 – (konversi x N(22) C4H10)

=

0,2782 – (1 x 0,2782)

=

0

=

N(23)O2 – (2 x r CH4) – ( 7 2 x r C2H6) – (5 x r C3H8) – ( 13 2 x r C4H10)

=

82,2988 – (2 x (1 x 20,0320) – ( 7 2 x (1 x1,6693) – (5 x (1 x 0,2782 –
( 13 2 x(1 x 0,2782)

=

33,1867 kmol/jam

F(24)O2

=

N(24)O2 x Mr O2

=

1.061,9345 kg/jam

F(24)N2

=

F(23)N2

=

8.672,3349 kg/jam

N(24)CO2

=

N(23)O2 – (2 x r CH4) – ( 7 2 x r C2H6) – (5 x r C3H8) – ( 13 2 x r C4H10)

=

(82,2988 x (1 x 20,0320) + (2 x (1 x 1,6693) + (3 x (1 x 0,2782)
+ (4 x (1 x 0, 2782)

=

25,3182 kmol/jam

F(24)CO2

=

N(24)CO2 x Mr CO2

N(24)H2O

=

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

=

(2 x (1 x 20,0320) + (3 x 1 x 1,6693) + (4 x (1 x 0,2782)

=

1.114,1914 kg/jam

+ (5 x (1 x 0,2782)
(24)

F

H2O

=

47,5760 kmol/jam

=

N(24)H2O x Mr H2O

=

857,0910 kg/jam

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

Keluar (kg/jam)

Komponen
Alur 22

Alur 23

Alur 24

CH4

321,3633

-

-

C2H6

50,1968

-

-

C3H6

12,2685

-

-

C4H8

16,1714

-

-

O2

-

2.633,2744

1.061,9920

N2

-

8.672,3349

8.672,3349

CO2

-

-

1.114,1914

H2O

-

-

857,0910

Subtotal
Total

400,0000
11.705,6092

11.305,6092

11.705,6092
11.705,6092

Rotary Kiln Preheater (B-102)

A.2.4

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 21 :
Massa masuk alur 21 Rotary Kiln Preheater (B-102) = Massa keluar alur 20
Pelletizing Machine (L-101)
F(21) FePO4

= 57,0911

F(21) C

= 2055,2733 kg/jam

(21)

= 3416,7525 kg/jam

F

SiO2

kg/jam

F(21) Na2O

= 65,6683

F(21) H2O

= 903,2235 kg/jam

kg/jam

Alur 24 :
Massa masuk alur 24 Rotary Kiln Preheater (B-102) = Massa keluar alur 24 Burner
(B-101)
F(24)CO2

=

1.114,1914 kg/jam

F(24)N2

=

8.672,3349 kg/jam

F(24)O2

=

1.061,9940 kg/jam

F(24)H2O

=

857,0910

kg/jam

Alur 25 :
F(25) FePO4

= 57,0911

F(25) C

= 2.055,2733 kg/jam

F(25) SiO2

= 3.416,7525 kg/jam

F(25) Na2O

= 65,6683

kg/jam

kg/jam

Alur 26 :
F(26)CO2

=

F(24)CO2

=

1.114,1914 kg/jam

F(26)N2

=

F(24)N2

=

8.672,3349 kg/jam

F(26)O2

=

F(24)O2

=

1.061,9920 kg/jam

F(26)H2O

=

F(21)H2O + F(24) H2O

=

(903,2235 + 857,0910) kg/jam

=

1760,3144 kg/jam

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

Masuk (kg/jam)
Alur 21

Alur 24

Keluar (kg/jam)
Alur 25

Alur 26

SiO2

3.416,7525

-

3.416,7525

-

C

2.055,2753

-

2.055,2753

-

FePO4

57,0910

-

57,0910

-

Na2O

65,6683

-

65,6683

-

O2

-

1.061,9920

-

1.061,9920

N2

-

8.672,3349

-

8.672,3349

CO2

-

1.114,1914

-

1.114,1914

903,2235

857,0910

-

1.760,3144

6.498,0105

11.706,6092

H2O
Subtotal
Total

18.203,6198

5594,7871

12.608,8327

18.203,6198

A.2.5 Electric Furnace (B-103)
Fungsi: Tempat reaksi reduksi dimana terjadinya pembentukan SiC pada suhu
16000C.
N2
CO2
27

Udara

28

25

SiC
SiO2
C
FePO4
Na2O

SiO2
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

29

→ CO2

Konversi CO ≈ 100%
σ CO

= -1

σ O2

= - 12

σ CO2

=1

Alur 25
F(25) SiO2

=

3.416,7525 kg/jam

N(25)SiO2

=

F ( 25) SiO2
Mr SiO2

F(25) FePO4

=

57,0910

F(25) C

=

2.055,2753 kg/jam

N(25)C

=

F ( 25) C
Ar C

F(25) Na2O

=

65,6683 kg/jam

=

3.416,7525 kg jam
60,0864 kg kmol

=

56,8640 kmol/jam

=

2.055,2753 kg jam
12,0107 kg kmol

=

171,1204 kmol/jam

kg/jam

Alur 29
N(29)SiO2

F(29)SiO2
N(29)C

F(29)C
N(29)SiC

(29)

F

SiC

=

N(25)SiO2 – r SiO2

=

56,8640 – (0,96 x 56,8640)

=

2,0727

=

N(29)SiO2 x Mr SiO2

=

124,5406 kg/jam

=

N(25)C – 3 x r SiO2

=

171,1204 – 3 x (0,96 x 56,8640)

=

6,7465

=

N(29)C x Ar C

=

81,0298

=

r SiO2

=

0,96 x 56,8640

=

54,7913

kmol/jam
=

2,0727 x 60,0864

kmol/jam
=

6,7465 x 12,0107

=

54,7913 x 40,0962

=

1

kg/jam

kmol/jam

(29)

=

N

SiC x Mr SiC

=

2.196,9228 kg/jam

Alur 27
N(27)O2

F(29)O2

=

1

=

1

2

x r CO + r S

2

x (1x(2 x 0,96 x 56,8640))

=

54,7913

=

N(27)O2 x Mr O2

2

x (1x(2 x r SiO2))

kmol/jam
= 54,7913 x 31,9988

=

1.753,2558 kg/jam

=

79 %
× N ( 29 ) O2
21%

=

206,1196

=

N(27)N2 x Mr N2

=

5.774,1120 kg/jam

F(28)N2

=

F(27)N2

=

5774,1120 kg/jam

N(28)CO2

=

r CO

=

1x(2 x r SiO2)

=

1x(2 x 0,96 x 56,8640)

=

109,5826

N(27)N2

F(27)N2

=

79 %
× 54,7913
21 %

kmol/jam
= 206,1196 x 28,0134

Alur 28

(28)

F

CO2

kmol/jam

(28)

=

N

CO2 x Mr CO2

=

109,582 x 44,0962

=

4.822,7903

kg/jam

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

Masuk (kg/jam)
Alur 25

Keluar (kg/jam)

Alur 27

Alur 28

Alur 29

SiO2

3.416,7525

-

-

124,5406

C

2.055,2753

-

-

81,0298

FePO4

57,0910

-

-

57,0910

Na2O

65,6683

-

-

65,6683

-

O2

-

1.753,2558

N2

-

5.774,1120

5.774,1120

-

CO2

-

-

4.822,7903

-

SiC

-

-

Subtotal
Total

5.594,7870

7.527,3678

13.122,1548

-

-

2.196,9228

10.596.9023

2.525,2525

13.122,1548

Mixing Point (M-102)

A.2.6

O2
N2
CO2
H 2O

M-102
40

41

O2
N2

Neraca massa komponen
Alur 40
F(40)CO2

=

1.114,1914 kg/jam

F(40)N2

=

8.672,3349 kg/jam

F(40)O2

=

1.061,9920 kg/jam

F(40)H2O

=

1.760,3144 kg/jam

F(41)N2

=

5.774,1120 kg/jam

F(41)CO2

=

4.822,7903 kg/jam

=

F(40) CO2 + F(41) CO2

=

5.936,9817 kg/jam

=

F(40)N2 + F(41)N2

=

14.447,7903 kg/jam

F(43)O2

=

1.061,9920 kg/jam

F(43)H2O

=

1.760,3144 kg/jam

Alur 41

Alur 43
F(43)CO2
(43)

F

N2

43

O2
N2
CO2
H 2O

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

Komponen

Alur 40

Keluar (kg/jam)

Alur 41

Alur 43

O2

1.061,9920

N2

8.672,3349

5.774,1120

14.447,3349

CO2

1.114,1914

4.822,7903

5.936,9817

H2O

1.760,3144

Subtotal

12.608,8327

Total

-

1.061,9920

-

1.760,3144

10.596,9023

23.205,7350

23.205,7350

23.205,7350

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

47

H2O

46

44

O2
N2
CO2
H2O

O2
N2
CO2
H2O
45

-

H2O

Neraca massa komponen
Alur 43
(43)

F

CO2

(43)

F

=

Alur 46

=

F(46)CO2
(46)

=

5.936,9817

kg/jam

N2

=

F

N2

=

14.447,4469 kg/jam

F(43)O2

=

F(46)O2

=

1.061,9920

kg/jam

F(43)H2O

=

F(46)H2O

Alur 45

=

Alur 47

=

F(47)H2O

(45)

F

H2O

=

1.760,3144

kg/jam

=

16.010,6797 kg/jam

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

Masuk (kg/jam)
Alur 43

Keluar (kg/jam)

Alur 45

Alur 47

Alur 46

O2

1.061,9920

-

-

1.061,9920

N2

14.447,4469

-

-

14.447,4469

CO2

5.936,9817

-

-

5.936,9817

H2O

1.760,3144

7.300

7.300

1.760,3144

Subtotal

23.205,7350

7.300

7.300

23.205,7350

Total

30.505,7350

30.505,7350

LAMPIRAN B
PERHITUNGAN NERACA PANAS
Basis perhitungan

:

1 jam operasi

Satuan Operasi

:

kJ/jam

Temperatur referensi

:

250C (298 K)

Kapasitas

:

20.000 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

H 2O

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 (L-102)
Fungsi : Memperbesar ukuran bahan menjadi bentuk pellet, untuk
memperbesar porositas bahan.
Asumsi : Selama proses terjadi kenaikan suhu bahan menjadi 400C.
H2
O2
SiO
C

19

SiO2
C
FePO4

20

FePO4

10Na2O.30SiO2.60H2
O

10Na2O.30SiO2.60H2
O

dQ
=
dT

40oC, 1 atm

30oC, 1 atm

∑N ∫
out
s

313

298

CpdT − ∑ N sin ∫

303

298

CpdT

a. Menghitung Panas Masuk
303

SiO2

: Qi SiO2

∫ Cp

= N19 SiO2.

SiO2

dT

298

= 56,8640 (kmol/jam). 1840,5824 (J/mol)
= 104.662,8578 (kJ/jam)
303

C

: Qi C

= N19 C.

∫ Cp

C

dT

298

= 171,1204 (kmol/jam). 529,4370 (J/mol)
= 90.597,4426 (kJ/mol)
303

FePO4 : Qi FePO4

19

=N

∫ Cp

FePO4.

FePO4

dT

298

= 0,3785 (kmol/jam). 474,5705 (J/mol)
= 179,6469 kJ/jam
303

Na2O : Qi Na2O

∫ Cp

= N19 Na2O.

Na 2O

dT

298

= 1,0595 (kmol/jam). 346,4530 (J/mol)
= 367,0758 kJ/jam
303

H2O

: Qi H2O

= N H2O.

∫ Cp

H 2O

dT

298

= 6,3453 (kmol/jam). 374,6878 (kJ/mol)
= 2.377,4888 kJ/jam

b. Menghitung Panas Keluar
313

SiO2

: Qo SiO2

= N20 SiO2.

∫ Cp

SiO2

dT

298

= 56,8640 (kmol/jam). 2.301,5507 (J/mol)
= 130.875,3542 (kJ/jam)
313

C

: Qo C

20

=N

C.

∫ Cp

C

dT

298

= 171,1204 (kmol/jam). 621,9829 (J/mol)
= 106.433,9294 (kJ/mol)

313

∫ Cp

FePO4 : Qo FePO4 = N20 FePO4.

FePO4

dT

298

= 0,3785 (kmol/jam). 1.461,4185 (J/mol)
= 553,6239 kJ/jam
313

Na2O : Qo Na2O

20

=N

∫ Cp

Na2O.

Na 2O

dT

298

= 1,0595 (kmol/jam). 1.050,3585 (J/mol)
= 1.112,5017 kJ/jam
313

H2O

: Qo H2O

= N20 H2O.

∫ Cp

H 2O

dT

298

= 6,3453 (kmol/jam). 1.125,7408 (kJ/mol)
= 7.143,1090 kJ/jam

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

Masuk (kJ)

Keluar (kJ)

SiO2

104.662,8578

130.875,3542

C

90.597,4426

106.433,9294

Na2O

367,0758

1.112,5017

FePO4

179,6469

553,6239

2.377,4888

7.143,1090

198.184,5119

246.118,5182

H2O
Jumlah
∆Hr
Q
Total

47.934,0063
246.118,5182

246.118,5182

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

35oC, 1 atm
20

21

H2
SiO2
O

C
FePO4
10Na2O.30SiO2.60H2
O

a. Menghitung Panas Masuk
Panas masuk bucket elevator sama dengan panas keluar pelletizing machine pada
alur 20, yaitu = 246.118,5182 kJ/jam.

b. Menghitung Panas Keluar
308

SiO2

: Qo SiO2

= N21 SiO2.

∫ Cp

SiO2

dT

298

= 56,8640 (kmol/jam). 2.069,7463 (kJ/mol)
= 117.694,0320 (kJ/jam)
308

C

: Qo C

= N21 C.

∫ Cp

dT

SiO2

298

= 171,1204 (kmol/jam). 575,1541 (J/mol)
= 98.420,5688 (kJ/mol)
308

FePO4 : Qo FePO4 = N21 FePO4.

∫ Cp

SiO2

dT

298

= 0,3785 (kmol/jam). 961,7110 (J/mol)
= 364,0521 kJ/jam
308

Na2O : Qo Na2O

21

=N

Na2O.

∫ Cp

SiO2

dT

298

= 1,0595 (kmol/jam). 696,5830 (J/mol)
= 738,0474 kJ/jam

308

H2O

: Qo H2O

= N21 H2O.

∫ Cp

SiO2

dT

298

= 6,3453 (kmol/jam). 749,9460 (J/mol)
= 4.758,5962 kJ/jam

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

Masuk (kJ/jam)

Keluar (kJ/jam)

H20

H21

SiO2

104.662,8578

117.694,0320

C

90.597,4426

98.420,5688

Na2O

367,0758

738,0474

FePO4

179,6469

364,0521

2.377,4888

4.758,5962

198.184,5119

221.975,2965

∆Hr

-

-

Q

-

24.143,2217

246.118,5182

246.118,5182

H2O
Jumlah

Total

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

863oC,
1 atm

24

O2
N2
CO2
H2O

E-139
B-101

30oC, 2 atm

FC

Gas Alam

Udara
30oC, 2 atm

(

)

1135
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)
C2H6(g) +

7

2

O2(g) → 2CO2(g) + 3H2O(g)

C3H8(g)+ 5O2(g)
C4H10(g) +

CO2(g) + 2H2O(g)

13

2

O2(g)

………(1)

………(2)

→

3CO2(g) + 4H2O(g)

………(3)

→

4CO2(g) + 5H2O(g)

………(4)

1) Panas Reaksi Pembakaran Metana (CH4)
∆Hr(1) (30 C) =
o

∫ (Cpg

303

∆Hro(1)

+

CO2

)

+ 2Cpl H 2O − Cpg CH 4 − 2Cpg O2 dT

298

r(1)

= 20,0320 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)

= 1,6693 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) (30 C) =
o

∫ (3Cpg

)

303

∆Hro(3)

+

CO2

+ 4Cpl H 2O − Cpg C3 H 8 − 5Cpg O2 dT

298

r(3)

= 0,2782 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) (30 C) =
o

∫ (3Cpg

303

∆Hro(3)

+

298

CO2

)

+ 4Cpl H 2O − Cpg C3 H 8 − 5Cpg O2 dT

= -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)

= 0,2782 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) (30oC) = ∆Hro(2) +

∫ (4Cpg

303

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

∑ r ∆Hr (T )
i =4

i

i

∑ 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)
= (20,0320 x -798.337,1537) + (1,6693 x -1.427.152,1744) +
(0,2782 x -2.043.056,4796) + (0,2782 )x (-2.657.374,7234)
= -19.682.442,6006 kJ/jam

b. Menghitung Panas Masuk
1) Panas Alur 22
303

CH4

: QiCH4

22

=N

∫ Cpg

CH4.

CH 4

dT

298

= 20,0320 kmol/jam x 255,2257 J/mol
= 5.112,6799 kJ/jam
303

C2H6 : QiC2H6

∫ Cpg

= N22 C2H6.

C2 H 6

dT

298

= 1,6693 kmol/jam x 265,8178 J/mol
= 443,7384 kJ/jam
303

C3H8 : QiC3H8

22

=N

C3H8.

∫ Cpg

C3 H 8

dT

298

= 0,2782 kmol/jam x 370,2066 J/mol
= 102,9997 kJ/jam

303

C4H10 : QiC4H10

22

=N

C4H10.

∫ Cpg

C 4 H10

dT

298

= 0,2782 kmol/jam x 490,6778 J/mol
= 136,5174 kJ/jam

2) Panas Alur 23
303

O2

: QiO2

= N23 O2.

∫ Cpg

O2

dT

298

= 33,1867 kmol/jam x 147,2875 J/mol
= 12.120,7192 kJ/jam
303

N2

: QiN2

= N23 N2.

∫ Cpg

N2

dT

298

= 309,5781 kmol/jam x 167,6749 J/mol
= 51.908,4869 kJ/jam

c. Menghitung Panas Keluar
1) Panas Alur 24
TO

O2

24

: QoO2

=N

∫ Cpg

O2.

O2

dT

298

TO

= 33,1867 kmol/jam . ∫ Cpg O2 dT
298

TO

N2

24

: QoN2

=N

∫ Cpg

N2.

N2

dT

298

TO

∫ Cpg

= 309,5781 kmol/jam .

N2

dT

CO2

dT

298
TO

CO2

24

: QoCO2

=N

∫ Cpg

CO2.

CO2

dT

298

TO

= 25,3182 kmol/jam .

∫ Cpg

298

H2O

: Tekanan di alur 24 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

24

QoH2O

=N

∫ Cp

H2O.

H 2O

dT

298

TO

 373
= 47,5760 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

= -19.682.442,6006 kJ/jam + Qo – 69.825,1415 kJ/jam

Qo

= 19.752.267,7422 kJ/jam
TO

Qo

24

= N

O2.

∫ Cpg

298

TO

TO

24

O2

dT + N

N2.

∫ Cpg

298

24

N2

dT + N

CO2.

∫ Cpg

298

CO2

dT

To

+ N24 SO2.

24
∫ Cpg SO2 dT + N H2O.

298

TO

∫ Cp

dT

298

TO

TO

298

298

= 33,1867. ∫ Cpg O2 dT + 309,5781 .

H 2O

∫ Cpg

TO
N2

dT + 25,3182.

∫ Cpg

CO2

298

TO

 373
+ 47,5760.  ∫ 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

= N24 O2.

O2

dT

298

= 33,1867 kmol/jam x 27.494,7093 J/mol
= 912.458,6299 kJ/jam

1136

N2

: QiN2

∫ Cpg

= N24 N2.

N2

dT

298

= 309,5781 kmol/jam x 49.501,7634 J/mol
= 15.324.661,3469 kJ/jam

1136

CO2

: QiCO2

∫ Cpg

= N24 CO2.

CO2

dT

298

= 25,3182 kmol/jam x 40.858,0236 J/mol
= 1.034.452,2923 kJ/jam
1136

H2O

24

: 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



= 47,5760 x 52.141,7527 J/mol
= 2.480.695,4730 kJ/jam

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

Komponen
H22

Keluar (kJ/jam)

H23

H24

CH4

5.112,6799

-

-

C2H6

443,7384

-

-

C3H8

102,9997

-

-

C4H10

136,5174

-

-

O2

-

12.120,7192

912.458,6299

N2

-

51.908,4869

15.324.661,3469

Tabel B. 7 Neraca Energi...... (Lanjutan)
CO2

-

-

1.034.452,2923

H2O

-

-

2.480.695,4730

Jumlah

5.795.9355

Sub Total
∆Hr

19.752.267,7422

69.825.1415

19.752.267,7422

19.682.442.6006

-

-

-

19.752.267.7422

19.752.267,7422

Q
Total

64.029,2061

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 21
Panas masuk pada alur 21 Rotary Kiln Pre-Heater (B-102) sama dengan
panas keluar pada alur 21 Bucket Elevator (C-110), yaitu: 246.118,5182 kJ/jam

2) Panas Alur 24
Panas masuk pada alur 24 Rotary Kiln Pre-Heater (B-102) sama dengan
panas keluar pada alur 24 Burner (B-101) pada suhu 863
19.752.267,7422 kJ/jam.

d. Menghitung Panas Keluar
1) Panas Alur 25
Panas keluar pada alur 25, pada suhu 6170C (873 K)
890

SiO2

: Qo SiO2

25

=N

∫ Cp

SiO2.

SiO2

dT

298

= 56,8640 kmol/jam x 45.853,5392 J/mol
= 2.671.355,9083 kJ/jam
890

C

: Qo C

= N25 C.

∫ Cp

C

dT

298

= 171,1204 kmol/jam x 9.440,2085 J/mol
= 1.673.793,8874 kJ/jam
890

FePO4: Qo FePO4

25

=N

∫ Cp

FePO4.

FePO4

dT

298

= 0,3785 kmol/jam x 96.469,7050 J/mol
= 37.597,9135 kJ/jam
890

Na2O: Qo Na2O

= N25 Na2O.

∫ Cp

Na 2O

dT

298

= 1,0595 kmol/jam x 53.800,5248 J/mol
= 58.688,3334 kJ/jam

2) Panas Alur 26
Panas keluar pada alur 26, pada suhu 6250C (898 K)
898

O2 : QoO2

= N26 O2.

∫ Cpg

O2

dT

298

= 33,1867 kmol/jam x 19.144,7763
= 635.351,9220 kJ/jam

0

C, yaitu:

898

∫ Cpg

= N26 N2.

N2: QoN2

N2

dT

298

= 309,5781 kmol/jam x 29.531,7127
= 9.142.371,2023 kJ/jam
898

CO2

26

: QoCO2

=N

∫ Cpg

CO2.

CO2

dT

298

= 25,3182 kmol/jam x 32.417,3140
= 820.748,5786 kJ/jam

H2O

: Tekanan di alur 26 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

= N26 H2O.

∫ Cp

H 2O

dT

298

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

26

= 97,7127 kmol/jam x 50.498,3858
= 4.934.335,2931 kJ/jam

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

Keluar (kJ/jam)

H21

H24

H25

H26

SiO2

117.694,0320

-

2.671.355,9083

-

C

98.420,5688

-

1.673.793,8874

-

FePO4

364,0521

-

37.597,9135

-

Na2O

738,0474

-

58.688,3334

-

H2O

4.758,5962

2.480.695,4730

-

4.934.335,2931

O2

-

912.458,6299

-

635.351,9220

N2

-

15.324.661,3469

-

9.142.371,2023

Tabel B.8 Neraca Energi pada Rotary Kiln…….. (Lanjutan)
CO2
Jumlah

-

1.034.452,2923

-

221.975,2965 19.752.267,7422

Sub Total

820.748,5786

4.441.436,0427

15.532.806,9960

19.974.243,0387

19.974.243,0387

∆Hr

-

-

Q

-

-

19.974.243,0387

19.974.243,0387

Total

B.2.5 Electric Furnace (B-103)
Fungsi: Tempat reaksi reduksi dimana terjadinya pembentukan SiC pada
suhu 16000C.
N2
CO2
1400oC, 1 atm

27

Udara

28

30oC, 1.2 atm

617oC, 1 atm

29

25

1600oC, 1 atm

SiC
SiO2
C
FePO4
Na2O

SiO2
C
FePO4
Na2O

(

)

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)

= 54,5894 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)
∆Hro(2)

1

2

O2 → CO2

……. (2)

= 109,1789 kmol/jam
= ∆Hro(CO2) - ∆Hro(CO) –

1

2

∆Hro(O2)

= -393504,7656 – (-110541,1580) –
= -282.963,6076 J/mol

1

2

x (0)

∫ (Cpg

1873

∆Hr(2) (1600oC)

= ∆Hro(2) +

CO2

)

− Cpg CO − 1 2 Cpg O2 dT

298

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

Maka, panas reaksi total

∑ r ∆Hr (T ) = ∑ r ∆Hr (1600 C )
2

2

0

i =2

i

i

i=2

i

i

= r(1) ∆Hr(1) (1600oC) + r(2) ∆Hr(2) (1600oC)
= 21,9165 x 469172,5568 + 43,883 x (-263242,3847)
= -3.128.641,0432 kJ/jam

b.

Menghitung Panas Masuk

1) Panas Masuk Alur 25
Panas masuk pada alur 27 Electric Furnace (B-103) sama dengan
panas keluar pada alur 25 Rotary Kiln Pre-heater (B-102)
QSiO2

= 2.671.355,9083 kJ/jam

QC

= 1.673.793,8874 kJ/jam

QFePO4

= 37.597,9135 kJ/jam

QNa2O

= 58.688,3334 kJ/jam

2) Panas Masuk Alur 27
303

O2

: QiO2

27

=N

O2.

∫ Cpg

O2

dT

298

= 8.070,0748 kJ/jam

303

N2

:

QiN2

27

=N

N2

∫ Cpg

N2

dT

298

= 38.384,7444 kJ/jam

∑ Qi

= Q25 + Q27
= 4.487.890,8619 kJ/jam

c. Menghitung Panas Keluar
1) Panas Keluar Alur 28
1673

CO2

∫ Cpg

: QiCO2 = N28 CO2.

dT

CO2

298

= 7.849.714,6188 kJ/jam

1673

N2

:

28

QiN2 = N

∫ Cpg

N2

dT

N2

298

= 24.705.031,1608 kJ/jam

2) Panas Keluar Alur 29
1873

SiO2 : Qo SiO2

29

=N

SiO2.

∫ Cp

SiO2

dT

298

= 255.595,3521 kJ/jam

1873

C

: Qo C

= N29 C.

∫ Cp

C

dT

298

= 237.645,8671 kJ/jam

1873

FePO4: Qo FePO4

29

=N

FePO4.

∫ Cp

FePO4

dT

298

= 143.242,0035 kJ/jam

1873

Na2O: Qo Na

= N29 Na2O.

∫ Cp

Na 2O

dT

298

= 219.255,9652 kJ/jam

1873

∫ Cp

= N29 SiC.

SiC: Qo SiC

SiO2

dT

298

= 4.198.999,2511 kJ/jam
∑ Qo

= Q28 + Q29
= 37.609.484,2186 kJ/jam

2

dQ/dt

=

∑ r ∆Hr (T ) + Qo – Qi
i =2

i

i

= (-3.128.641,0432 ) + 37.609.484,2186 – 4.487.890,8619 )
= 29.992.952,3136 kJ/jam

Tabel B.9 Neraca Panas pada Electric Furnace (B-103)
Masuk (kJ/jam)
Komponen

Keluar (kJ/jam)

H25

H27

H28

SiO2

2.671.355,9083

-

-

255.595,3521

C

1.673.793,8874

-

-

237.645,8671

FePO4

37.597,9135

-

-

143.242,0035

Na2O

58.688,3334

-

-

219.255,9652

-

-

41.98.999,2511

-

-

SiC

-

O2

-

N2

-

CO2

-

Jumlah

4.441.436,0427

8.070,748

H29

38.384,7444 24.705.031,1608
-

-

7.849.714,6188

-

46.454,8192 32.554.745,7796 5.054.738,4390

Sub Total

4.487.890,8619

37.609.484,2186

∆Hr

3.128.641,0432

-

Q

29.992.952,3136

-

Total

37.609.484,2186

37.609.484,2186

B.2.6 Mixing Point (M-102)

FC

O2
N2
CO2
H2O

FC

M-102

43

40

625oC, 5 atm

1031oC, 5 atm
41

O2
N2

O2
N2
CO2
H2O

FC

1400oC, 5 atm

a. Panas Masuk
1) Panas Masuk Alur 40 :
Panas keluar pada alur 40, pada suhu 6250C (898 K), 5 atm.
898

O2 : QoO2

40

=N

∫ Cpg

O2.

O2

dT

298

902

∫ Cpg

= 33,1867 kmol/jam x

O2

dT

298

= kJ/jam

898

N2: QoN2

= N40 N2.

∫ Cpg

N2

dT

298

898

∫ Cpg

= 309,5781 kmol/jam x

N2

dT

CO2

dT

298

= 9.142.371,2023 kJ/jam

898

CO2

: QoCO2

40

=N

CO2.

∫ Cpg

CO2

dT

298

898

= 25,3182 kmol/jam x

∫ Cpg

298

= 820.748,5786 kJ/jam

H2O

: Tekanan di alur 40 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

= N40 H2O.

H 2O

dT

298

898

 424,86

= 97,7127 kmol/jam x ∫ Cpl H 2O dT + ∆H VL + ∫ Cpv H 2O dT 


424 ,86

 298

= 4.951.462,6314 kJ/jam

Panas Masuk Alur 41
Panas masuk pada 41 Mixing Point (M-102) sama dengan panas keluar pada
alur 28 Electric Furnace (B-103).
QiCO2

= 7.849.714,6188 kJ/jam

QiN2

= 24.705.031,1608 kJ/jam

∑Q41

= 32.554.745,7796 kJ/jam

∑Qi

= Q40 + Q41
= 48.104.680,1140 kJ/jam

b. Panas Keluar
1) Panas Keluar Alur 43 :
Asumsi sistem bersifat adiabatis, maka panas keluar pada Mixing Point (M-102)
sama dengan panas masuknya.
Total Qi = Qo = 48.104.680,1140 kJ/jam
To

O2

: QoO2

43

=N

O2.

∫ Cpg

O2

dT

298

TO

= 33,1867 kmol/jam . ∫ Cpg O2 dT
298

TO

N2

: QoN2

= N43 N2.

∫ Cpg

N2

dT

298

TO

= 515,6977 kmol/jam .

∫ Cpg

dT

N2

298
TO

CO2

: QoCO2

43

=N

∫ Cpg

CO2.

CO2

dT

298

TO

= 134,9008 kmol/jam .

∫ Cpg

CO2

dT

298

H2O

: Tekanan di alur 40 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

= N43 H2O.

∫ Cp

H 2O

dT

298

= 97,7127 kmol/jam x
To
 424,86

 Cpl dT + ∆H + Cpv dT 
VL
∫ H 2O
∫ H 2O 
 298
424 ,86



Total Qo

= QoO2 + QoN2 + QoCO2 + QoH2O

48.104.680,1140

= N43 O2.

TO

43
∫ Cpg O2 dT + N N2.

298

TO

43
∫ Cpg CO2 dT + N H2O.

298

TO

∫ Cpg

N2

dT + N43 CO2.

298

To

∫ Cp

H 2O

dT +

298

To

43

N

SO2.

∫ Cpg

SO2

dT

298

48.104.680,1140

TO

TO

298

298

= 33,1867 x ∫ Cpg O2 dT + 515,6977 x ∫ Cpg N 2 dT +

TO

134,9008 x ∫ Cpg CO2 dT + 134,9008 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
H40
O2

Keluar (kJ/jam)
H41

H43

635.351,9220

-

1.111.670,2508

H2O

4.951.462,6314

-

5.418.737,1112

N2

9.142.371,2023

24.705.031,1608

34.783.399,9431

820.748,5786

7.849.714,6188

6.790.872,8089

15.549.934,3343

32.554.745,7796

48.104.680,1140

CO2
Jumlah
Sub Total

48104680,1140

48.104.680,1140

∆Hr

-

-

Q

-

-

Total

48104680,1140

48.104.680,1140

B.2.7 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

Generator
1031oC, 5 atm

a.Panas Masuk Alur 43
Panas masuk pada alur 43 Turbin sama dengan panas keluar pada alur 43
Mixing Point (M-102),
Qi :

48.104.680,1140 kJ/jam

b.Panas Keluar Alur 44
T43 = 1.0310 C = 1.304 K
Pr 43 = 335,22

(Cengel dan Michael, 2005)

h43 = 1.400,728 kJ/kg
Ekspansi isentropis pada gas ideal, dengan rasio tekanan = 5
maka,
1
Pr 44 = × Pr 43
5
1
Pr 44 = × 335,22
5

= 67,044 T44 = 873 K = 6000C

(Cengel dan Michael, 2005)

maka,
873

O2: QoO2

= N43 O2.

∫ Cpg

O2

dT

298

873

= 33,1867 kmol/jam . ∫ Cpg O2 dT
298

= 607.541,5294 kJ/jam

873

N2: QoN2

43

=N

N2.

∫ Cpg

N2

dT

298

873

= 515,6977 kmol/jam .

∫ Cpg

N2

dT

298

= 14.343.054,2748 kJ/jam

TO

CO2: QoCO2 = N43 CO2.

∫ Cpg

CO2

dT

298

TO

= 134,9008 kmol/jam .

∫ Cpg

CO2

dT

298

= 3.587.528,9248 kJ/jam
H2O : Tekanan di alur 44 sebesar 1 atm
Titik didih air

= 373 K

∆HVL(424,86)

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

873

QoH2O

= N43 H2O.

∫ Cp

H 2O

dT

298

873
 373


= 97,7127 kmol/jam x  ∫ Cpl H 2O dT + ∆H VL + ∫ Cpv H 2O dT 
373
 298


= 4,802,377.0773 kJ/jam

sehingga, Q44 = 23,340,501.8063 kJ/jam
Kerja yan g dihasilkan turbin, Wt :
Wt

= Cp (T43-T44)
= mg. (h43 - h44)

T44

= 873 K = 6000C

h44

= 903,204 kJ/kg

Wt

= mg.(h44-h43)
= (1400,728 - 903,204) kJ/kg
= 23.205,354 kg/jam x 497,524 kJ/kg
=11.545.220,54 kJ/jam

Kerja yang disuplai turbin ke generator adalah Wt = 11.545.220,54 kJ/jam
dQ dW
−
dt
dt

= ∑Qo - ∑Qi

dQ
– 11.545.220,54
dt

= Q44 – Q43

dQ
– 11.545.220,54
dt

= (23.340.501,8063 kJ/jam – 48.104.680,1140) kJ/jam

dQ
dt

= - 13.218.957,7677 kJ/kg

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

Keluar (kJ/jam)

H43

H44

O2

1.111.670,2508

607.541,5294

H2O

5.418.737,1112

4.802.377,0773

N2

34,783.399,9431

14.343.054,2748

CO2

6.790.872,8089

3587528,9248

Jumlah

48.104.680,1140

23.340.501,8063

W

-

∆Hr

-

Q

-

Total

48.104.680,1140

11.545.220,5400
13.218.957,7677
48.104.680,1140

B.2.8 Steam Boiler (E-201)
Fungsi: Memanaskan boiler feed water untuk menghasilkan superheated steam.
H2O
47

565oC, 148 atm

TC

PC
46

44

O2
N2
CO2
H2O

100oC, 1 atm
o

600 C, 1atm

-

45

90oC, 148 atm

O2
N2
CO2
H2O

H2O

a. Panas Masuk
1) Panas Masuk Alur 44
Panas masuk pada alur 44 sama dengan panas keluar pada alur 44, turbin gas
(JJ-101), yaitu 23.340.501,8063 kJ/jam, dengan suhu gas masuk 873 K =
6000C.

2) Panas Masuk Alur 45 :
Panas masuk pada alur 45 Steam Boiler (E-201) sama dengan panas keluar
pada alur 45 dari Pompa (P-102)
363

QiH2O

45

=N

H2O.

∫ Cp

H 2O

dT

298

= 405,2134 kmol/jam x 4.909,3461 J/mol
= 1.989.332,6916 kJ/jam

b. Panas Keluar
1) Panas Keluar Alur 47 :
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 47 adalah 838 K =
5650C.
H2O

: Tekanan di alur 47 sebesar 15 MPa = 148 atm
Titik didih air = 615,24 K
∆HVL(587,78) = 1017,2205 kJ/kg (Reklaitis, 1983)
= 1017,2205 kJ/kg x 18,016 kg/kmol
= 1835,43075 J/mol

838

47

QoH2O = N

H2O.

∫ Cp

H 2O

dT

298

838

 587 , 78
= N47 H2O x  ∫ Cpl H 2O dT + ∆H VL + ∫ Cpv H 2O dT 


587 , 78

 298

= 18.838.730,1913 kJ/jam

2)

Panas Keluar Alur 46
Asumsi sistem bersifat adiabatis.
∑ Qi

= ∑ Qo

Q44+ Q45

= Q47 + Q46

(23.340.501,8063 +1.989.332,6916)

= 18.838.730,1913 + Q46

25.329.834,4979 = 18.838.730,1913 + Q46
Q46 = 6.491.104,3066 kJ/jam
To
46

6.491.104,3066 kJ/jam = N

O2.

∫ Cpg

To
46

O2

dT + N

298

N2.

∫ Cpg

To
46

N

CO2.

∫ Cpg

298

N2

dT +

298

To
46

CO2

dT + N

H2O.

∫ Cp

298

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)

Kompon

Keluar (kJ/jam)

en

H43

H45

H47

H46

O2

-

-

-

74.092,2539

CO2

-

-

-

393.042,4723

N2

-

-

-

1.346.246,0678

H2O

-

1.989.332,6916

18.838.730,1913

4.677.723,5125

23.340.501,8063

1.989.332,6916

18.838.730,1913

6.491.104,3066

Jumlah
Sub Total

25.329.834,4979

25.329.834,4979

∆Hr

-

-

Q

-

-

Total

25.329.834,4979

25.329.834,4979

B.2.9 Steam Turbine (JJ-202)
Fungsi : Mengubah energi dari uap yang dibangkitkan boiler menjadi energi mekanik
berupa putaran poros turbin untuk menggerakkan generator pembangkit
listrik.

47

48

H2O
46oC, 0.1 atm

o

565 C, 148 atm

H2O

Asumsi efisiensi turbin, ηT = 85%.
Daya yang dihasilkan turbin:
PT

= ηT. F. (hi-ho)

(Cengel dan Michael, 2005)

Pada alur 47
Panas masuk pada alur 47 Turbin Uap (T-202) sama dengan panas keluar
alur 47 pada Steam Boiler (E-201) = 18.838.730,1913 kJ/jam.
h47 (P = 15MPa, T = 838 K) = 3488,71 kJ/kg
s47

= 6,567

s48

= 6,567

Pada alur 48
P

= 10 kPa

6,567 = x.sf + (1-x) sg
\hf

= 191,83 kJ/kg  sf = 0,649

hg

= 2584,7 kJ/kg sg = 8,150

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

h48

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

ηT =
hs

h47 − hs
h47 − h48

(Cengel dan Michael, 2005)

= h47 - [ηT(h47-h48)]
= 3.488,71 - [0.85(3488,71 -2.079,83)]
= 2.291,169 kJ/kg

Maka kerja yang dihasilkan turbin adalah
WT

= ηT. F. (h47-hs)
= 0,85 x 7.300 kg/jam x (3488,71-2.291,169) kJ/kg
= 7.430.741,905 kJ/jam

h48

= 2.079,83 kJ/kg

Q48

= h48 x 7.300 kg/jam
=15.182.759 kJ/jam

dQ dW
−
dt
dt

= ∑Qo - ∑Qi

(Cengel dan Michael, 2005)

dQ
– 7.430.741,905
dt

= Q48 – Q47

dQ
– 7.430.741,905
dt

= (15.182.759 – 18.838.730,1913) kJ/jam

dQ
dt

=

3.774.770,7137 kJ/kg

Tabel B.13 Neraca Energi pada Steam Turbine (JJ-202)
Masuk (kJ/jam)

Keluar (kJ/jam)

H47

H48

18.838.730,1913

15.182.759,00

Jumlah

18.838.730,1913

15.182.759,00

Sub Total

18.838.730,1913

15.182.759,00

W

-

7.430.741,9050

∆Hr

-

-

Komponen
H2O

Q

3.774.770,7137

Total

22.613.500,9050

22.613.500,9050

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

= 57,0910 kg/jam

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

57,0910 kg/jam x 30 hari x 24 jam/hari
= 822,1101 sak
50 kg / sak

= 883 sak
Volume total sak tiap 30 hari : 0,01742 x 883 = 14,3380 m3
Faktor kosong ruangan = 20% dan area jalan dalam gudang = 20% ; sehingga:
Volume ruang yang dibutuhkan

= (1,4) 14,3380 m3
= 20,0732 m3

Dibangun 1 gedung penyimpanan :
Volume gedung = 20,0732 m3
Bangunan diperkirakan dibangun dengan panjang 4 m, dengan tinggi tumpukan
FePO4 2 m, sehingga :
V

= pxlxt

20,0732 m3 = (4) .(l).(2)
l

= 2,5091 m

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

= 4m

Lebar

= 3m

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 = 3.225,6404 kg/jam

Untuk kapasitas 30 hari dapat dihitung :
FSiO2

= 3.225,6404 kg/jam x 30 hari x 24 jam/hari
= 2.322.461,0880 kg (30 hari)

ρ SiO

2

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

Volume SiO2

=

FSiO2

ρ SiO

2

=

2.322.461,0880 kg
= 877,0623 m 3
2.648 kg / cm 3

Faktor kosong ruangan = 20% dan area jalan dalam gudang = 20% sehingga:
= (1,4) 877,0623 m3

Volume ruang yang dibutuhkan

= 1.227,8873 m3
Bangunan diperkirakan dibangun dengan panjang 22 m, dengan tinggi tumpukan
SiO2 2 m, sehingga :
V =pxlxt
1.227,8873 m3 = (22) .(l).(2)
l = 27,9065 m
Tinggi bangunan direncanakan 2½ x tinggi tumpukan bahan baku = 5 m
Jadi ukuran bangunan gedung yang digunakan adalah :
Panjang

= 22 m

Lebar

= 28 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

= 2.055,2753 kg/jam

Untuk kapasitas 30 hari dapat dihitung :
FCoke

= 2.055,2753 kg/jam x 30 hari x 24 jam/hari
= 1.479.798,2154 kg (30 hari)

ρ Coke

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

Volume Coke

FCoke

=

ρ Coke

=

1.479.798,2154 kg
= 1.921,8159 m 3
3
770 kg / cm

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

= (1,4) 1921,8159 m3
= 2.690,5422 m3

Bangunan diperkirakan dibangun dengan panjang 34 m, dengan tinggi tumpukan
coke 2 m, sehingga :
V =pxlxt
2.690,5422 m3 = (34) .(l).(2)
l = 39,5668 m
Tinggi bangunan direncanakan 2½ x tinggi tumpukan bahan baku = 5 m
Jadi ukuran bangunan gedung yang digunakan adalah :
Panjang

= 34 m

Lebar

= 40 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

= 371,0914 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 =

371,0914

kg
jam

jam
× 30 hari × 24 hari
kg

1.428,8899 m3

= 186,9884 m3

Faktor kelonggaran = 20%
Volume tangki, Vt =(100% +20%) x 186,9884 m3 = 224,3860 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
Ve =
∼

(Perry, 2007)

Volume tangki (V)

V

= Vs + Ve
=

224,3860 m3 = 1,1775 D3
D

= 5,7546 m

= 302,0763 in

Hs= (4/3) x D

= 7,6727 m

= 302,0763 in

r = ½D

= 2,8773 m

= 113,2786 in

Diameter dan tinggi tutup tangki
Diameter tutup
= diameter tangki

= 5,7546 m

 1   5,7546 m 
D = 

4

4  

Tinggi tutup

= 

Tinggi Total (H)

= 1,4386 m
= 7,6727 m + 1,4386 m
= 9,1114 m

c. Tebal tangki
Untuk cylindrical shell:
ts =

P.r
+ Cc
S .Ej − 0,6 P

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 (7,6727 m)
= 6,1382 m
Phid
= ρ x g x Hc

(Timmerhaus, 2004)

= 1.428,8899 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 6,1382 m
= 85953,8245 N/m2
= 12,4665 psi

Tekanan udara luar, Po = 1 atm = 14,6959 psi
Poperasi = 12,4665 psi + 14,6959 psi
= 27,1624 psi
Faktor keamanan 20%,
Pdesain = (1+fk)Poperasi
= 1,2 x 27,1624 psi
= 32,5949 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
32,5949 psi × 113,2786 in
+ 0,2 in
13.750 psi × 0,85 − 0,6 × 32,5949 psi

= 0,5164 in

Untuk ellipsoidal head, te
P.D
(Timmerhaus, 2004)
+ Cc
2 S .Ej − 0,2 P
32,5949 psi × 226,5572 in
=
+ 0,2 in
2 × 13.750 psi × 0,85 − 0,2 × 32,5949 psi

te =

= 0,5160 in

Maka tebal tangki yang digunakan pada cylindrical shell dan ellipsoidal head adalah
sama, sebesar 9/16 in (Brownell & Young, 1959).

C.5 Belt Conveyor (C-101)
Fungsi

:

Mengangkut FePO4 dari gudang penyimpanan
ke belt conveyor feeder

Jenis

:

Horizontal belt conveyor

Jumlah

:

1 unit

Kondisi

:

Tekanan

: 1 atm

Suhu

: 300C

Jumlah materi

:

57,0910 kg/jam

Faktor kelonggaran

:

20 %

Kapasitas materi

:

1,2 x 57,0910 kg/jam = 69,5092 kg/jam

:

0,0685 ton/jam

:

100 ft

Panjang

Menghitung Daya Conveyor
= Pempty + Phorizontal + Pvertikal

P

(Wallas,1988)

Kecepatan conveyor dapat dihitung (μ):
Asumsikan tebal belt conveyor 18 inci dengan angle of repose 20o maka dari tabel
5.5a Wallas diperoleh data untuk conveyor = 69

µ=

0,0685
x100 = 0,0993 ft/menit
69

Daya Empty
Horsepower conveyor dengan panjang 100 ft dan tebal belt conveyor 18 inci dapat
dilihat dari grafik 5.5c Wallas yaitu = 0,3 hp
Pempty

= 0,0993 x 0,3
= 0,0298 hp

Daya Horizontal
Phorizontal = (0,4 + L/300)(w/100)

(Wallas,1988)

L

=

100
= 100,3825 ft
cos 50

Phorizontal = (0,4 + 100,3825/ 300)( 0,0685/ 100)
= 0,0005 hp

Daya Vertikal
Pvertikal
H

= 0,001 H.w

(Wallas,1988)

= 100 tg 50 = 8,7488 ft

Pvertikal

= 0,001 x 8,7488 x 0,0685
= 0,0006 hp

Dengan demikian daya conveyor seluruhnya adalah :
P

= 0,0298 hp + 0,0005 hp + 0,0006 hp
= 0,0309 hp

Efisiensi motor = 80%
Daya yang dibutuhkan = 0,039 hp
Maka dipakai daya 1 hp

C.6 Belt Conveyor (C-102)
Fungsi

:

Mengangkut pasir silika (SiO2) dari gudang
penyimpanan ke screen

Jenis

:

Horizontal belt conveyor

Jumlah

:

1 unit

Kondisi