A.1 Rotary Dryer (RD-101)
LAMPIRAN A
PERHITUNGAN NERACA MASSA
Kapasitas produksi dimetil eter (96%) = 50000 ton/tahun, dengan ketentuan sebagai berikut : 1 tahun = 330 hari kerja 1 hari kerja = 24 jam Basis = 1 jam
Kapasitas pabrik tiap jam = 5000 ton/tahun × 1000 kg/ton × 1tahun / 330hari × 1hari / 24 jam = 6313,16516 kg/jam
A.1 Rotary Dryer (RD-101)
(RD-101) digunakan untuk mengeringkan umpan tandan
Rotary Dryer
kosong kelapa sawit (TKKS) dari kandungan air awal sebesar 25% menjadi kandungan air yang diinginkan untuk gasifikasi yaitu 12% (Lee,dkk, 2006).
14
2
3
13
Input :2 F : Aliran umpan tandan kosong kelapa sawit dengan kandungan air 25%
13 F : Aliran gas pemanas dari buangan Cyclone ke-2 (S-202)
Output :
14 F : Aliran gas panas setelah mengeringkan tandan kosong kelapa sawit
3 F : Aliran tandan kosong kelapa sawit dengan kandungan air 12% Neraca Massa Total :
2
13
14
3 F + F = F + F
Neraca Massa Komponen :
2
13
14
3 H O F H O + F H O = F H O + F H O
2
2
2
2
2
13
14 N F N = F N
2
2
2
13
14 O F O = F O
2
2
2
13
14 CO F CO = F CO
2
2
2
13
14 SO F SO = F SO
2
2
2
2
3 TKKS F TKKS = F TKKS
Berat total TKKS input aliran 2 = 101404,000 kg Kandungan air dalam TKKS mula-mula = 25 % berat Berat air dalam TKKS mula-mula = 25351,000 kg Kandungan air dalam TKKS diinginkan = 12 % berat Misal : Berat air dalam TKKS setelah dikeringkan = a kg Berat TKKS basis kering = b = 76053,000 kg Sehingga, a / (a + b) = 0,12 a = 0,12a + 0,12b a = 0,12b / 0,88 a = 10370,864 kg
Berat air teruapkan = berat air dalam TKKS mula-mula
- – berat air dalam TKKS setelah dikeringkan = 14980,136 kg
Tabel A.1 Neraca Massa pada Rotary Dryer (RD-101)
Masuk (kg) Keluar (kg) Komponen Aliran 2 Aliran 13 Aliran 14 Aliran 3H O 25351,000 6571,710 21551,846 10370,864
2 N 47780,916 47780,916
2 O
1554,395 1554,395
2 CO 18618,301 18618,301
2 SO
858,941 858,941
2 Olivine 205,010 205,010
MgO 14,110 14,110 Abu 28,219 28,219 Char
1,681 1,681 TKKS 76053,000 76053,000
Subtotal 101404,000 75633,282 90613,419 86423,864
Total 177037,282 177037,282A.2 Reaktor Gasifier (R-201)
Reaktor Gasifier (R-201) digunakan untuk mengubah umpan tandan kosong kelapa sawit (TKKS) menjadi gas sintesis (syngas) dengan proses gasifikasi
4
12
3 Input :
3 F : Aliran tandan kosong kelapa sawit yang telah dikeringkan
12 F : Aliran olivine yang terbawa dari Cyclone ke-2 (S-202)
Output :
4 F : Aliran gas sintesis yang terbentuk dari proses gasifikasi
Neraca Massa Total :
3
12
4 F + F = F
Neraca Massa Komponen :
3
4
4 H O F H O + F H O = F H O
2
2
2
2
3 TKKS F TKKS
4 H F H
2
2
4 CO F CO
2
2
4 CO F CO
4 CH F CH
4
4
4 C H F C H
2
4
2
4
4 C H F C H
2
6
2
6
4
F
Char Char
12
5 Olivine F Olivine = F Olivine
Tabel A.2 Parameter Operasi Gasifier, Yield dan Komposisi Gas Hasil Sintesis
Variabel Gasifier NilaiTipe Gasifier BCL (Battelle Columbus Laboratory)
o o
Temperatur Operasi 1598 F (870
C) Tekanan Operasi 23 psia (1,6 bar) Steam per umpan TKKS 0,39725 lb/lb TKKS (basis kering) Olivine yang di-recycle 26.92652 lb/lb TKKS (basis kering) Komposisi gas sintesis % mol H
20,960
2 CO
11,100
2 CO
46,300 CH
15,700
4 C H
5,200
2
4 C H
0,740
2
6
0,03503 lb-mol gas kering/lb TKKS Gas hasil sintesis
(basis kering)
Char yang dihasilkan 0,221 lb/lb TKKS (basis kering) Sumber : Technical Report NREL/TP-510-37408 May 2005
A.2.1 Menghitung aliran massa masing-masing komponen dalam gas hasil
sintesisMassa TKKS (basis kering) = 76053,000 kg = 167666,444 lb
Mol gas hasil sintesis = 0,03503 lb-mol gas/lb TKKS (basis kering) = 0,03503 x 167666,444 lb = 5873,356 lb-mol = 2664,109 kmol
Dari tabel A.2, aliran massa masing-masing komponen gas dapat dihitung dengan rumus :
m i = x i × n gas × BM i
dimana : m = massa gas komponen i (kg)
i x = fraksi mol komponen i
i
n = mol gas kering (kmol)
gas
BM = berat molekul komponen gas i
i Komponen gas xi × ngas (kmol) BMi mi (kg)
H 558,397 2,020 1127,963
2 CO 295,716 44,010 13014,468
2 CO 1233,483 28,010 34549,849
CH 418,265 16,040 6708,973
4 C H 138,534 28,050 3885,870
2
4 C H 19,714 30,070 592,812
2
6 A.2.2 Menghitung komponen H
2 O dalam gas sintesis
Kebutuhan Steam = 0,39725 lb/lb TKKS (basis kering) = 0,39725 × 167666,444 lb = 66605,495 lb = 30212,054 kg
Maka, H O dalam gas sintesis = H 0 aliran 3 + H O aliran 3a
2
2
2
= 10370,864+ 30212,054 = 40582,918 kg
A.2.3 Menghitung olivine yang di- recycle ke R-201 (aliran 12)
Olivine yang di-recycle = 26,927 lb/lb TKKS (basis kering) = 26,927 × 167666,444 lb = 4514673,852 lb = 2047842,626 kg
A.2.4 Menghitung char yang dihasilkan
yang dihasilkan = 0,221 lb/lb TKKS (basis kering)
Char
= 0,221 × 167666,444 lb = 37054,284 lb = 16807,713 kg
Tabel A.3 Neraca Massa pada Reaktor Gasifier (R-201) Masuk (kg) Keluar (kg) Komponen Aliran 3 Aliran 3a Aliran 12 Aliran 4
H 1127,963
2 CO
13014,468
2 CO
34549,849 H O 10370,864 30212,054 40582,918
2 CH
6708,973
4 C H
3885,870
2
4 C H
592,812
2
6 Olivine
2047842,626 2047842,626 16807,713
Char
TKKS 76053,000 0,000
Subtotal 86423,864 30212,054 2047842,626 2164478,543
Total 2164478,543 2164478,543
A.3 Char Combustor (R-202) Char Combustor berfungsi untuk membakar char (arang) hasil dari gasifikasi
pada Reaktor Gasifier (R-201)
11
5
8
10
Input :5 F : Aliran char + olivine dari Cyclone ke-1 (S-201)
8 F : Aliran make up olivine + MgO
10 F : Aliran udara pembakar
Output :
11 F : Aliran produk dari Char Combustor (R-202)
Neraca Massa Total :
5
8
10
11 F + F + F = F
Neraca Massa Komponen :
11 H O F H O
2
2
10
11 N F N = F N
2
2
2
10
11 O F O = F O
2
2
2
11 CO F CO
2
2
11 SO F SO
2
2
5
8
11 Olivine F Olivine + F Olivine= F Olivine
5
8
11 MgO F MgO + F MgO = F MgO Abu F
11 Abu Char F
6 Char = F
11 Char
Komposisi TKKS (basis kering) : Komponen C H O N S Abu % berat 43,52 5,72 48,9 1,2 0,66 4,5
Kandungan air TKKS = 12 % Sumber : Thermodynamic Data for Biomass Conversion and Waste Incineration
A.3.1 Menghitung komposisi char yang terbentuk dari gasifikasi TKKS
Kapasitas bahan baku (TKKS) = 76053 kg (basis kering) = 167666,444 lb a.
Karbon (C) pada char TKKS
3 C
TKKS = 43,52 % × kapasitas bahan baku (TKKS) = 33098,3 kg
CO
Total kandungan karbon pada gas hasil sintesis (gasifikasi) 27165,715
30,0699 24 0,798 592,812 473,147
6
2 H
28,0538 24 0,855 3885,870 3324,358 C
4
2 H
16,0429 12 0,748 6708,973 5018,275 C
4
44,0097 12 0,273 13014,468 3548,618 CO 28,0109 12 0,428 34549,849 14801,316 CH
2
Komponen gas i BM i BM Ci BM Ci /BM i m i C i
Karbon pada gas hasil sintesis
= massa komponen gas i (kg)
i
= berat molekul komponen gas i (kg/kmol) m
F
= berat molekul total unsur karbon dalam komponen gas i (kg/kmol) BM Maka, karbon pada char TKKS = karbon pada TKKS
Ci
= kandungan karbon pada komponen gas i (kg) BM
i
dimana : C
C i = (BM Ci / BM i ) × m i
Karbon pada gas hasil sintesis dihitung dengan rumus :
i
- – karbon pada gas sintesis = 33098,2656 -27165,715 = 5932,551 kg b.
Hidrogen (H) pada char TKKS
3 F TKKS = 5,72 % × kapasitas bahan baku (TKKS karet) H
= 4350,23 kg Hidrogen pada gas hasil sintesis Hidrogen pada gas hasil sintesis dihitung dengan rumus :
H i = (BM Hi / BM i ) × m i
dimana : H = kandungan hidrogen pada komponen gas i (kg)
i
BM = berat molekul total unsur hidrogen dalam komponen gas i (kg/kmol)
Hi
BM = berat molekul komponen gas i (kg/kmol)
i
m = massa komponen gas i (kg)
i Komponen gas i BM i BM Hi BM Hi /BM i m i H i
H 2,016 2,016 1,000 1127,963 1127,963
2 CH 16,0429 4,032 0,251 6708,973 1686,140
4 C H 28,0538 4,032 0,144 3885,870 558,492
2
4 C H 30,0699 6,048 0,201 592,812 119,233
2
6 Total kandungan hidrogen pada gas hasil sintesis (gasifikasi) 3491,828
Maka Hidrogen pada char TKKS = Hidrogen pada TKKS
- – Hidrogen pada gas sintesis = 4350,2316 - 3491,828 kg = 858,403 kg c.
Oksigen (O) pada char TKKS
Oksigen pada TKKS = 48,9 % × kapasitas bahan baku (TKKS karet) = 37189,9 kg
Oksigen pada gas hasil sintesis Oksigen pada gas hasil sintesis dihitung dengan rumus : dimana : O = kandungan oksigen pada komponen gas i (kg)
i
BM = berat molekul total unsur oksigen dalam komponen gas i (kg/kmol)
Oi
BM = berat molekul komponen gas i (kg/kmol)
i
m = massa komponen gas i (kg)
i Komponen gas i BM BM BM /BM m O i Oi Oi i i i
CO 44,0097 31,998 0,727 13014,468 9462,271475
2 CO 28,0109 15,9988 0,571 34549,849 19733,6084
Total kandungan oksigen pada gas hasil sintesis (gasifikasi) 29195,87988
Maka oksigen pada char TKKS = Oksigen pada TKKS
- – Oksigen pada gas sintesis = 37189,917 - 29195,87988 = 7994,04 kg
d. Nitrogen (N) pada char TKKS Nitrogen pada TKKS = 1,2 % kapasitas bahan baku (TKKS)
= 912,636 kg
e. Sulfur (S) pada char TKKS
3 F TKKS = 0,66 % kapasitas bahan baku (TKKS) S
= 501,95 kg Sulfur pada gas hasil sintesa (gasifikasi)
Dalam gas sintesa TKKS dihasilkan komponen sulfur, namun yield H S akan
2 o
berkurang seiring dengan peningkatan suhu. Karena pada suhu >460
C, komponen sulfur tidak membentuk senyawa yang berikatan dengan komponen lainnya (Mostovoi, dkk, 2007). Sehingga komponen sulfur dalam TKKS yang jumlahnya sangat sedikit juga tidak membentuk gas H S atau berikatan dengan senyawa
2
lainnya. Sehingga komponen sulfur dalam gas sintesis adalah:
5 F TKKS = 0 kg S gas sintesa
5
2
5
= 501,95
- – 0 = 501,95 kg
f. Abu pada char TKKS
3
6 F TKKS = F char Abu Abu
3 F TKKS = 3422,39 kg Abu
6 F char = 3422,39 kg Abu A.3.2 Estimasi formula (rumus molekul) char TKKS
6
6
6
6
6
6
6 F TKKS = F char + F char + F char + F char + F char + F
total char C H O N S Abu
char = 19622 kg
Komposisi char TKKS
Komponen C H O N S Abu
berat (kg) 5932,551 858,403 7994,0371 912,636 501,950 3422,385 % berat (% w) 30,2342 4,375 40,740 4,651 2,558 17,442
Digunakan perbandingan antara Char kayu poplar dengan Char TKKS
- BM Char poplar = BM = 217 kg/mol
1
- HHV char poplar = HHV = 13058,17 Btu/lb = 30373,582 kJ/kg
1
- Sumber : Technical Report NREL/TP-510-37408 May 2005
# Menghitung HHV char TKKS (HHV )
2 HHV = 146,58×%w +568,78×%w + %w )+29,45×%w C H –51,53×(%w O N S –6,58%w Abu
(Sumber : Thermodynamic Data for Biomass Conversion and Waste Incineration) HHV = 4541,53 Btu/lb = 10563,706 kJ/kg
2
# Menghitung BM char TKKS (BM )
2 BM = (HHV × BM ) / HHV
2
2
1
1 BM = 75,471 4 kg/mol
2 Misalkan rumus molekul char TKKS : C
p H y O z N b S t Abu r
p = (X x BM ) / BM C y = (X x BM ) / BM H
C
2 H
2 z = (X x BM ) / BM O b = (X x BM ) / BM N
O
2 N
2
z = 1,921836 b = 0,2507 t = (X x BM ) / BM S r = (X x BM ) / BM
S
2 Abu
2 Abu
t = 0,060212 r = 0,4293 Ket. : X , X , X , X , X , dan X merupakan fraksi berat C, H, O, N, S, dan Abu
C H O N S Abu
Maka formula char TKKS adalah :
C 1,89 H 3,27 O 1,92 N 0,25 S 0,06 Abu 0,42 A.3.3 Menghitung produk pembakaran char TKKS
Reaksi pembakaran sempurna char TKKS : C H O N S Abu O 8,5 CO + 0,049 SO + 0,07 H + 7,457 O +0,227Abu
1,8 3,2 1,9 0,2 0,06 0,42
2
2
2
2 In : 222,7043 453,399
Reaksi : × r × r × r × r × r × r
char O2 CO2 SO2 H2O Abu σ σ σ σ σ σ
8
8
8
8
8
8 Out : N N N N N N char O2 CO2 SO2 H2O Abu
11
yang terbakar = F = 99,990 % char yang dihasilkan
Char char 10a
N ×
X
2 22 , 704 0,9999
char char
r =
2 22 , 682
- – 1
char
- C H O N S Abu 7,457 O 8,5 CO + 0,049 SO + 0,07 H O +0,227Abu
1,8 3,2 1,9 0,2 0,06 0,42
2
2
2
2 In : 222,7043 453,399
Reaksi : 222,7043 404,821 423,04705 13,4080 364,6897 95,5891 Out : 0,0222 48,578 423,04705 13,4080 364,6897 95,5891
Komponen udara Fraksi mol
N 0,79
2 O 0,21
2
10 N teoritis = 404,821 kmol O2
9 N Udara berlebih (excess air) = 12%
9 N dalam excess air = 404,82 × (1 + 0,12) = 453,399 kg O2
9 F dalam excess air = 14507,690 kg O2
9 N dalam excess air = 0,79 / 0,21 × 453,399 = 1705,645 kmol N2
9 F dalam excess air = 47780,916 kg N2
11 N = 423,047 kmol CO2
10 F = 423,047 kmol × 44,0097 kg/kmol CO2
= 18618,3 kg
11 N = 13,408 kmol SO2
11 F = 13,408 kmol × 64,0616 kg/kmol SO2
= 858,941 kg
11 N = 364,69 kmol H2O
11 F = 364,69 kmol × 18,0151 kg/kmol H2O
= 6571,71 kg
11 N = 95,5892 kmol Abu
11 F = 95,5892 kmol × 30,7498 kg/kmol Abu
= 2939,35 kg
11
7 N = N N2 N2
= 453,399 kmol
11 F = 453,399 × 14,0067 × 2 kg/kmol N2
= 12701,3 kg
11 N = 48,578 kmol O2
11 F = 48,578 kmol × 15,9988 × 2 kg/kmol O2
= 1554,4 kg
11 N = 0,02227 kmol char
11 F = 0,02227 kmol × 168,67 kg/kmol char
= 1,68077 kg
Neraca Massa pada Char Combustor (R-202)
Tabel A.4 Masuk (kg) Keluar (kg) Komponen Aliran 10 Aliran 8 Aliran 5 Aliran 11
H O 6571,710124
2 N 47780,92 47780,92
2 O 14507,690 1554,395334
2 CO
18618,3008
2 SO
858,940596
2 Olivine 2252,6269 2047842,644 2050095,252
MgO 14,1097 13,9143 Abu
2939,348 19621,962 1,681
Char
Subtotal aliran 62288,606 2266,7365 2067464,606 2132019,932
Total 2132019,932 2132019,932
A.4 Cyclone 1 (S-201)
Cyclone 1 (S-101) berfungsi memisahkan partikel char + olivine + abu yang terbawa aliran gas hasil sintesis dari Reaktor Gasifier (R-101)
16
4
5 Aliran 4 adalah gas sintesa + char + olivine yang berasal dari Gasifier (R-201)
Aliran 5 adalah olivine + abu Aliran 16 dalah produk gas sintesis + residu char Cyclone 1 (S-101) memisahkan mayoritas 99,9% olivine dan char Neraca massa komponen :
6
5 Char : F char = 99,90% × F char = 16806,032 kg
6
4 Olivine : F Olivine = 99,90% × F Olivine = 2047637,841 kg
Tabel A.5 Neraca Massa pada Cyclone 1 (S-201)
Masuk (kg) Keluar (kg)Komponen Aliran 4 Aliran 5 Aliran 16
H 1127,963 1127,963
2 CO 40582,918 40582,918
2 CO 34549,849 34549,849
H O 13014,468 13014,468
2 CH 6708,973 6708,973
4 C H 592,812 592,812
2
4 C H 3885,870 3885,870
2
6 Olivine 2047842,626 2047637,841 204,784
Char 16807,713 16806,032 1,681
Subtotal 2165113,192 100669,318 2064443,874
Total aliran 2165113,192 2165113,192
10 Olivine = 1974,249 kg
Tabel A.6 Neraca Massa pada Cyclone 02 (CY-02)
Komponen Masuk (kg) Keluar (kg)A.5 Cyclone 2 (S-202)
Cyclone 2 (S-202) berfungsi memisahkan 99,9% olivine dari gas pembakaran dan selanjutnya olivine dikirim kembali ke reaktor gasifier (R-201)
13
12
11 Aliran 11 adalah gas hasil pembakaran + char + olivine yang berasal dari Char
Combustor (R-202) Aliran 13 adalah gas buang + abu Aliran 12 adalah olivine yang dikirim kembali ke gasifier (R-201) Neraca massa komponen : Olivine : F
12
char = 99,90% × F
8
char = 1972275 kg Olivine : F
9 Olivine = F
8 Olivine
- – F
Aliran 11 Aliran 13 Aliran 12
H
2 O 6571,710 6571,710
N
2
47780,916 47780,916 O
2
1554,395 1554,395 CO
2
18618,301 18618,301 SO
2
858,941 858,941 Olivine 2050095,252 205,010 2049890,243 MgO 13,914 13,914 0,000 Abu 28,219 28,219 0,000 Char 1,681 1,681 0,000 Subtotal aliran 2125523,330 75633,087 2049890,243
Total aliran 2125523,330 2125523,330
A.6 Mix Point MgO dan Make-up Olivine (MP-101)
Mix Point MgO dan Make-up Olivine berfungsi sebagai titik pencampuran aliran make up olivine + MgO
6 7
8
8 Aliran 6 adalah aliran Make Up Olivine
Aliran 7 adalah aliran MgO Aliran 8 adalah aliran Keluar Mix Point Asumsi : Potasium (Kalium) di dalam abu CKS adalah 0,2 % berat Aliran MgO ditentukan sebesar dua kali aliran molar potasium dalam abu
total
Abu = Abu TKKS + abu dari Cyclone 2 (S-202)
total
Abu dalam TKKS = 4,5% dari massa TKKS basis kering = 3422,385 kg Abu = 3422,385 kg/jam Potasium dalam abu = 6,84477 kg/jam
in
BM Potasium = 39,102 g/mol Aliran molar potasium = Potasium dalam abu / BM Potasium = 0,175 kmol/jam
in
BM MgO = 40,302 g/mol MgO suplai = 2 × Aliran molar potassium
= 0,350 kmol/jam = 14,110 kg/jam = 111748,490 kg/tahun
Make up
olivine yang diperlukan adalah 0.11 % dari olivine yang kembali ke R-202 untuk menutupi olivine yang terbuang dari cylone. F
12
olivine = 0,0011 × olivine yg di recycle = 0,0011 × 2047842,626 = 2252,627 kg/jam = 171840804,95 kg/tahun
Tabel A.7 Neraca Massa pada Mix point
Komponen Masuk (kg) Keluar (kg) Aliran 6 Aliran 7 Aliran 8Olivine 2252,627 2252,627 MgO 14,110 14,110 Subtotal aliran 14,110 2252,627 2266,737
Total 2266,737 2266,737
A.7 Reformer (R-203)
Reformer (R-203) berfungsi untuk mengkonversi CH , C H dan C H
4
2
4
2
6 menjadi CO dan H .
2
17
16 Aliran 16 adalah aliran dari Cyclone 2 (S-202)
Aliran 18 adalah aliran gas sintesis keluaran R-203 Reaksi yang terjadi di reformer:
CH + H O CO +
3 H (Reaksi 1)
4
2
2 C H
- 2
2 H O
2 CO +
4 H (Reaksi 2)
4
2
2 C H
- 2
2 H O
2 CO +
5 H (Reaksi 3)
6
2
2 Konversi CH =
20 % dari total CH input
4
4 Konversi C H =
50 % dari total C H input
2
4
2
4 Konversi C H =
90 % dari total C H input
2
6
2
6 Reaksi 1
CH + H O CO + 3H
4
2
2
16
16
16
16 In : N N N N
CH4 H2O CO H2
Reaksi : -r -r r 3r
18
18
18
18 Out : N N N N
CH4 H2O (1) CO (1) H2 (1)
15 CH
- H
2 O CO + 3H
- 2H
17 CO (1)
15 H C H C H C
/ BM C
16 C2H4
= F
16 C2H4
4 N
2 H
0,50 × N
X N r
4 2 4 2 4 2
N
18 H2 (2)
2
H18 CO (2)
N
18 H2O (2)
N
18 C2H4
Reaksi : -r -2r 2r 4r Out : N
17 H2 (1)
N
= 138,534kmol N
4
= F
Reaksi : 69,267 138,534 138,534 277,067
2 In : 138,534 2168,451 1794,04162 313,554
2
O 2CO + 4H4
2 H
= 313,554 kmol C
2
/ BM H
17 H2 (1)
17 H2 (1)
17 H2O (1)
/ BM CO = 1794,042 kmol N
17 CO (1)
= F
17 CO (1)
N
2 O = 2168,451 kmol
/ BM H
17 H2O (1)
= F
N
N
17 H2O (1)
16 H2O
/ BM CO = 1710,389 kmol N
16 CO
= F
16 CO
N
2 O = 2252,104 kmol
/ BM H
16 H2O
= F
= 418,265kmol N
16 C2H4
4
/ BM CH
16 CH4
= F
16 CH4
4 N
0,20 × N
X N r
15 CH CH CH
4 4 4
16 H2
= F
16 H2
17 CO (1)
2 In : N
2
O 2CO + 4H4
2 H
C
Reaksi 2
= 313,554 kmol
17 H2 (1)
= 1794,04162kmol N
= 2168,45118 kmol N
/ BM H
17 H2O (1)
= 5367,17879kg N
17 CH4
= 334,612 kmol F
17 CH4
Reaksi : 83,653 83,653 83,653 83,653 Out : 334,612 2168,45118 1794,04162 313,554 N
2 In : 418,265 2252,104 1710,38859 62,595
4
= 62,595 kmol CH
2
15 C
- 2H
- 2H
= 679,336373 kmol
/ BM H
17 H2 (2)
/ BM CO = 1932,575 kmol N
17 CO (2)
= F
17 CO (2)
N
2
O = 2029,917 kmol17 H2O (2)
17 H2 (2)
= F
17 H2O (2)
= 19,714 kmol N
6
2 H
/ BM C
16 C2H6
= F
/ BM H
15 C2H6
= 1,971 kmol F
17 H2 (3)
= 1968,06125 kmol N
17 CO (3)
= 1994,43155 kmol N
17 H2O (3)
= 59,28123 kg N
17 C2H6
17 C2H6
2
N
Reaksi : 17,743 35,486 35,486 88,715 Out : 1,971 1994,43155 1968,06125 679,336
2 In : 19,714 2029,917 1932,57531 590,622
2 O 2CO + 5H
6
2 H
= 590,622 kmol C
= F
6 N
Out : 69,267 2029,91748 1932,57531 590,622 N
17 H2 (2)
2 In : N
2 O 2CO + 5H
6
2 H
C
Reaksi 3
= 590,622 kmol
= 1932,57531 kmol N
N
17 CO (2)
= 2029,91748 kmol N
17 H2O (2)
= 1942,93501 kg N
17 C2H4
= 69,267 kmol F
17 C2H4
16 C2H6
17 H2O (2)
2 H
18 CO (3)
15
C0,90 × N
X N r
15 H C H C H C
6 2 6 2 6 2
18 H2 (3)
N
N
N
18 H2O (3)
N
18 C2H6
Reaksi : -r -2r 2r 5r Out : N
17 H2 (2)
N
17 CO (2)
- 2H
17 C4H8
4
55125,396 H
2 O
13014,468 35939,656
CH
4
6708,973 5367,179
C
2 H
592,812 1942,935
40582,918 13014,468
C
2 H
6
3885,870 59,281
Olivine 204,784
204,784
Char
1,681 1,681
Subtotal aliran 2064443,874 2064443,874
CO 34549,849
2
= 0,021 kmol F
= 55125,39565 kg N
17 C4H8
= 1,15141 kg N
17 H2O (total)
= 1994,43155 kmol F
17 H2O (total)
= 35939,65648 kg N
17 CO (total)
= 1968,06125 kmol F
17 CO (total)
17 H2 (total)
CO
= 679,336373 kmol F
17 H2 (total)
= 1372,25947 kg Banyaknya katalis (olivine) yang diperlukan untuk Reformer (R-203) adalah = 60 lb / 243000 lb gas sintesis (Technical Report NREL/TP-510-37408 May 2005)
Gas sintesis = 100669,318 kg = 221937,593 lb Katalis yang diperlukan = 60 × 221937,593 / 243000
= 54,799 lb = 24,857kg
Tabel A.8 Neraca Massa pada Reformer (R-203)
Komponen Masuk (kg) Keluar (kg) aliran 16 aliran 17H
2
1127,963 1372,259
Total aliran 2064443,874 2064443,874
A.8 Scrubber (M-301)
Scrubber berfungsi untuk mendinginkan aliran gas panas sampai
o
temperaturnya 60 C dan membersihkan partikel pengotor (char dan olivine) dari aliran gas
21
18
19
20 Aliran 18 adalah aliran gas panas dari Heat Exchanger o
Aliran 21 adalah aliran gas yang telah bersih dan dingin (T = 60 C). Aliran 19 adalah aliran air yang diambil dari aliran gas sintesis yang terabsorpsi, dimana berfungsi untuk membersihkan aliran gas dari char dan olivine.
Aliran 20adalah aliran sludge (char dan olivine) yang terserap oleh air (dikirim ke pengolahan limbah).
A.8.1 Menghitung kebutuhan air untuk membersihkan gas sintesis
Menurut Technical Report NREL/TP-510-37408 May 2005,untuk mendinginkan gas
o
sintesis dari gasifier tipe BCL sampai temperaturnya mencapai 60 C diperlukan air sebanyak 2 galon per menit untuk kapasitas 2000 ton umpan kering pabrik/hari. 1 galon air = 3,7854 Liter
3
1 Liter = 1000 cm
3
1 Liter air = 1kg/m
Kebutuhan air untuk scrubber adalah 2 galon per menit untuk kapasitas 2000 ton umpan kering pabrik/hari, sehingga untuk kapasitas pabrik diperlukan air sebanyak : Kebutuhan air untuk scrubber = F
N
6
59,281 1,971 0,997010 Olivine 204,784 0,978 1,00
Char
1,681 0,011 1,00 Sumber : Technical Report NREL/TP-510-37408 May 2005
A.8.2 Menghitung komponen yang terabsorpsi (F
20 ) :
20 H2
1942,935 69,267 0,997506 C
= 0,000001 × 679,336 = 0,001 kmol F
20 H2
= 0,002 kg N
20 CO2
= 0,999 × 295,716 = 295,420 kmol F
20 CO2
2 H
4
19 H2O
H
= 76,143galon/menit = 4568,58 galon/jam = 17293,90273 kg/jam = 959,706034 kmol/jam
Air yang dihasilkan pada aliran 20 = F
20 H2O
= 2 galon/menit = 120 galon/jam = 454,248 kg/jam = 25,20799112 kmol/jam
Komposisi umpan gas masuk Scrubber (M-301)
Komponen kg kmol %mol komponen yang di absorpsi
2
2 H
1372,259 679,336 0,000001 CO
2
13014,468 295,716 0,999 CO 55125,396 1968,061 0,645057 H
2 O 35939,656 1994,432 -
CH
4
5367,179 334,612 0,999001 C
= 13001,453 kg N
20 CO
19 CH4
= 17273,462 kg N
19 CO2
= (0,1/100) × N
29 CO2
0,295 kmol F
19 CO2
= 13,001 kg N
19 CH4
= (0,1/100) × N
19 CH4
0,17274 kmol F
= 5,362 kg N
= 958,57167 kmol F
19 C2H4
= (0,25/100) × N
19
C2H4= 0,17274 kmol F
19 C2H4
= 4,8452 kg N
19 C2H6
= (0,3/100) × N
19 C2H6
= 0,0059 kmol F
19 C2H6
19 H2O
19 H2O
= 0,645057 ×1968,06 = 1269,512 kmol F
= 0,997010 ×1,971 = 1,966 kmol F
20 CO
= 35559,028 kg N
20 CH4
= 0,999001 × 334,612 = 334,278 kmol F
20 CH4
= 5361,817 kg N
20 C2H4
= 0,997506 × 69,267 = 69,094 kmol F
20 C2H4
= 1938,089 kg N
20 C2H6
20 C2H6
N
= 59,104 kg N
20 Olivine
= 1,00× 0,978 = 0,97763097 kmol F
20 Olivine
= 204,784263 kg N
20 Char = 1,00× 0,011 = 0,0111816 kmol
F
20 Char
= 1,680771 kg
A-8.3 Menghitung komponen sirkulasi air absorber (F
20 ):
= 0,1773 kg
19 N = 2 galon/menit = 25,20799 kmol H2O
19 F = 454,2480 kg H2O
Tabel A.9 Neraca Massa pada Scrubber (M-301)
Masuk (kg) Keluar (kg)
Komponen Aliran 18 Aliran 19 Aliran 21 Aliran 20
H 1372,259 1372,258 0,002
2 CO 13014,468 13,014 13001,453
2 CO 55125,396 19566,368 35559,028
H O 35939,656 17273,462 18211,947 454,248
2 CH 5367,179 5,362 0,000 5361,817
4 C H 1942,935 4,845 0,000 1938,089
2
4 C H 59,281 0,177 0,000 59,104
2
6 Olivine 204,784
204,784
Char 1,681
1,681 Subtotal 113027,639 17283,846 39163,588 56580,206
Total 113027,639 113027,639
A.9 Gas Compression
Gas Compression berfungsi untuk menaikkan tekanan aliran gas sampai dengan 2068 kPa
28
23 E-6
E-20 E-22 E-7 P-418
25
26
21
27
24
22 Keterangan : Kompresi gas terdiri dari 3 tahap kompresi (P = 103,4 kPa).
awal Knock Out Drum dipasang sebelum melewati kompresor.
Intercooler dipasang setelah melewati compressor. Masing – masing kompresor dimodelkan memiliki efisiensi politropik = 78%.
o
Masing C kecuali S-303 sampai
- – masing intercooler mendinginkan sampai 60
o
43,33 C. Tekanan dinaikkan sebagai berikut :
1 n
1
3 p p p 2068 b n b
2,714417617
p p p 103,4 a a
1 p b
Keterangan : Rasio kompresi
p a
n = Tahapan = 3 p = Tekanan inlet
1
p = Tekanan outlet dari n tahapan
n
103,4 280,671 761,858 2068,000 kPa
(DP) yang diizinkan pada intercooler adalah = 13,8 kPa
Pressure Drop
Neraca massa untuk kompresi gas ini tidak dapat dilakukan alat per alat karena masing-masing alat berhubungan satu sama lain (ada 3 aliran recycle). Oleh karena itu, neraca massa pada kompresi gas ini dihitung sebagai satu sistem. Algoritma perhitungan neraca massa pada sistem kompresi gas ini adalah sebagai berikut :
1. Mulai dari S-301. Aliran recycle dari S-302A belum ada. Dilakukan perhitungan VLE (PT Flash, P = 103,4 kPa, T = 333.15 K, trial V/F, zi = zi).
2. Didapatkan aliran uap dan aliran liquid dari S-301. Aliran liquid dikirim ke utilitas sedangkan aliran uap dikompres dan didinginkan sebelum menuju S- 302A. Digunakan y aliran uap ini sebagai z untuk S-302A yang digunakan
i i
juga untuk menghitung VLE pada S-302A (PT Flash, P = 208,671 kPa, T = 333,15 K, trial V/F)
3. Didapatkan aliran uap dan aliran liquid dari S-302A. Aliran liquid direcycle ke S-301. Nilai z untuk S-301 diperbarui dengan penambahan aliran recycle
i ini.
4. Dilakukan kembali perhitungan pada no. 1 - 3 sampai komposisi mol aliran liquid recycle dari S-302 konvergen. Toleransi +/- 0,1 kmol.
5. Dilanjutkan ke S-302B. Digunakan y terbaru dari aliran uap S-302A sebagai
i
z untuk S-302B. Dihitung VLE (PT flash, P = 761,858 kPa, T = 333,15 K,
i
trial V/F)
6. Didapatkan aliran uap dan aliran liquid dari S-302B. Aliran liquid direcycle ke S-302A. Diperbarui nilai z untuk S-302A dengan penambahan aliran
i recycle ini.
7. Dilakukan kembali perhitungan pada no. 5. Trial dihentikan sampai komposisi mol aliran liquid recycle dari S-302B konvergen (toleransi +/- 0,1kmol)
8. Diperbarui nilai z untuk S-302B dengan penambahan aliran recycle dari S-
i 302B yang baru.
9. Dilakukan kembali perhitungan VLE pada S-30B. Trial dihentikan sampai komposisi mol recycle dari S-302A konvergen (toleransi +/- 0,1 kmol).
10. Dilajutkan ke S-303. Digunakan nilai y terbaru dari S-302B sebagai nilai z
i i
untuk S-303. Dilakukan perhitungan pada VLE (PT flash, P = 2068 kPa, T =
11. Didapatkan aliran uap dan aliran liquid dari S-303. Aliran liquid direcycle ke S-302B. Perbarui nilai z untuk S-302B dengan penambahan aliran recycle
i ini.
12. Dilakukan kembali perhitungan VLE pada S-302B. Trial dihentikan sampai komposisi mol aliran recycle dari S-302D konvergen (toleransi 0,1 kmol).
13. Diperbarui nilai z untuk S-303 dengan penambahan aliran recycle yang baru
i
dari S-302B. Dilakukan kembali perhitungan VLE pada S-303 sampai komposisi mol aliran konvergen (toleransi +/- 0,1 kmol).
Neraca massa dihitung dengan menggunakan kesetimbangan uap cair (Vapor Liquid ). Rumus perhitungannya adalah sebagai berikut :
Equilibrium, VLE
1. Menghitung tekanan uap masing-masing komponen pada kondisi keluar ln Pv = A (Sumber: Perry's CEH)
- – B/(C+T) dimana : Pv = Tekanan uap, kPa
A, B, dan C = konstanta Antoine untuk masing-masing komponen T = Temperatur (K)
2. Trial fraksi uap aliran keluar sampai jumlah fraksi uapnya ~ 1 C
K z i i
1 (Pers. 13-13, Perry's CEH) V i = 1,…C i K 1 ( 1 )
1 i F
dimana : K = konstanta kesetimbangan uap-cair komponen i
i
z = fraksi mol komponen i aliran keluar
i
V/F = fraksi uap aliran keluar Knock Out Drum (S-301), PT Flash, P = 103,400 kPa , T = 333,150 K)
t
didapat V/F = 0,6145
Pv pada Komponen kmol z i K i (P v /P t ) y i x i T=333,15K
H
2
680,057 0,245015 68053,6484 658,159076 0,398342807 0,00060524 CO
2
0,296 0,0001066 77290,4166 747,489522 0,000173296 2,3184E-07 CO
698,865 0,2517911 44211,0049 427,572581 0,409149322 0,00095691 H O
2
1396,356 0,5030873 19,9315569 0,19276167 0,192430905 0,99828406
Subtotal 2775,574 1 1,000 1,000 1,000
Komponen Top S-301 Bottom S-301 K z K i i i y ; x i i