Post on 07-Mar-2016
description
LAMPIRAN A
PERHITUNGAN NERACA MASSA
Kapasitas Produksi = 70.000 ton/tahun
Basis Perhitungan = 1 jam operasi
Waktu kerja pertahun = 24 jam
Satuan operasi = 1 jam
Kapasitas (Kmol/jam) = kg32
kmol1jam24
hari1hari330
tahun1ton1
kg1000tahun
ton70000
= 276,22 kmol
= 8839 kg
A.1 Unit pemisah udara (G-502)
Merupakan sebuah proses yang digunakan untuk memisahkan oksigen
dari gas nitrogen dengan mengontakkan satu sisi membran solid elektrolit
dimana perpindahan oksigen secara molekular dapat terjadi. Dalam sistem ini,
oksigen terserap oleh membran pada satu sisi dan dilepaskan kembali pada satu
sisi yang lain.
Konsentrasi O2 yang dapat dihasilkan dari ASU adalah sebesar 95 % dan
N2 99,9 %, dengan asumsi udara yang masuk mengandung 79 % N2 dan 21 %
O2. (Grasys, 2007).
Neraca massa total ;
N3 = N4 + N5
Membran (G-502)
N2 79 % O2 21 %
N2 99,9 % O2 0,1 %
O2 95 % N2 5 %
3 4
6
Universitas Sumatera Utara
Crusher (C-301)
Neraca massa komponen;
KmolNN
NNN57611,3999,079,005,0999,079,0
43
643
=
+= (1)
Kmol94609,67001,021,0
95,0001,021,043
643
=
+=
NNNNN
.. .(2)
Eliminasi kedua persamaan diperoleh:
N3O2 = 68,1933 Kmol
N3N2 = 256,5594 Kmol
N3 = 324,7587 Kmol
NO24 = 0,2532 Kmol
NN24 = 252,9833 Kmol
N4 = 253,2365 Kmol
FO23 = 2182,1856 Kg
FN23 = 7183,6632 Kg
F3 = 9365,8488 Kg
FO2 4 = 8,1024 Kg
FN2 4 = 7083,5324 Kg
F4 = 7091,6348 Kg
A.2 Crusher (C-301)
N8 8 9 N9
Dalam crusher, yang ada hanya penghancuran batubara secara mekanik
agar ukuran dari batubara tersebut lebih seragam (bituminious, 3-30 mm) dan
tidak terjadi reaksi.
N8 = N9 = 9.479,86472 Kg
Universitas Sumatera Utara
A.3 Gasifier (B-401)
Dalam proses gasifikasi, batubara, steam dan oksigen dengan
perbandingan tertentu, dimasukkan kedalam gasifier, sehingga menghasilkan
coke oven gas, seperti H2, CO, CO2, CH4, H2S, dan N2.
Menurut swargina dalam buku Batubara dan pemanfaatannya (2006),
diketahui bahwa perbandingan O2 : batubara = 0,23 kg/kg dan Steam: batubara
= 1,175 kg/kg, serta jumlah ash 7,8 %.
Di bawah ini merupakan jumlah yang diharapkan hasil dari gasifier.
NH213 = 401,4978209 Kmol
NCO13 = 185,3066865 Kmol
NCO213 = 308,8444776 Kmol
NCH413 = 102,9481592 Kmol
N N213 = 20,58963184 Kmol
N H2S13 = 10,29481592 Kmol
N13 = 1029,48159 Kmol
F H213 = 802,9956418 Kg
FCO13 = 5188,587222 Kg
FCO213 = 13589,15701 Kg
FCH413 = 1647,170547 Kg
F N213 = 576,5096915 Kg
FH2S13 = 350,0237413 Kg
F13 = 22154,4438536 Kg
Gasifier (G-401)
Coal
Steam Ash
O2 95 % N2
H2 39 % mol CO 18 CO2 30 CH4 10 N2 2 H2S 1
10 6
11 12
13
Universitas Sumatera Utara
Dari perbandingan batubara dengan oksigen juga steam maka di peroleh
persamaan sebagai berikut;
FO26 : F10 = 0,23 ; Maka, FO26 = 0,23 . F10
F11 : F10 = 1,175; Maka, F11 = 1,175. F10
Nerca massa total = F5 + F9 + F10 = F11 + F12
F10 + (0,23 F10 + 0,01 F10) + 1,175 F10 = 22154,4438536 Kg + 0,078 F10
2,415 F10 0,078 F10 = 22154,4438536 Kg
F10 = 9.479,86472 Kg
Sehingga di peroleh :
F10 = FBatubara = 9.479,86472 Kg
FO26 = 2180,36889 Kg = 68,13653 Kmol
FN26 = 94,79864 Kg = 3,38567 Kmol
F6 = 2275,16753 Kg = 71,5222 Kmol
FH2O 11 = 11.138,84105 Kg = 618,82450 Kmol
F12 = 739,42945 Kg
A.4 Steam Methane Reforming (R-701)
Adapun reaksi yang terjadi pada Steam Methan Reformer ini adalah
sebagai berikut ;
Adapun reaksi yang terjadi pada Steam Methane Reformer ini adalah
sebagai berikut ;
CH4 (g) + H2O(g) CO + 3H2
SMR (R-701)
H2 39 % CO 18 CO2 30 CH4 10 N2 2 H2S 1
H2O
H2 CO CO2 CH4 0,78% N2 H2S
13 15
14
Universitas Sumatera Utara
Diketahui dari data bahwa konversi reaksi adalah 90 % terhadap CH4
(Wang,dkk., 1988), sehingga:
NCO15 = NCOin + CO . r
NH215 = NH2in + H2 . r
( )Kmol65334328,92r
rx1-9481592,102Kmol29481592,10
r.NN444 CH
12CH
15CH
=+=
+=
Neraca massa CO;
( )Kmol9600298,277N
65334328,92x13066865,185N
r.NN
15CO
15CO
CO13
CO15
CO
=
+=
+=
Neraca massa H2;
( )Kmol4578507,679N
65334328,92x34978209,401N
r.NN
15H
15H
H13
H15
H
2
2
222
=
+=
+=
Neraca massa CH4;
( )Kmol29481592,10N
65334328,92x1-9481592,102N
r.NN
15CH
15CH
CH13
CH15
CH
4
4
444
=
+=
+=
Neraca H2O;
( )Kmol65334328,92N
65334328,92x1-N0
r.NN
15OH
13OH
CH13
OH15
OH
2
2
422
=
+=
+=
Universitas Sumatera Utara
NCO213 = NCO215 = 308,8444776 Kmol
N N213 = N N215 = 20,58963184 Kmol
NH2S13 = NH2S15 = 10,29481594 Kmol
N14 = 1400,094965 Kmol
F H215 = 1358,915701 Kg
FCO15 = 7782,880834 Kg
FCO215 = 13589,15701 Kg
FH2S15 = 350,0237413 Kg
FCH415 = 164,7170547 Kg
F N215 = 576,5096915 Kg
F15 = 23822,20403 Kg
A.5 Absorber (D-801)
Jumlah CO2 yang diserap oleh absorben MEA (20%) dari sistem 99,66%
dan H2S terserap seluruhnya (Parrish, 1974) dari alur 17.
MEA yang digunakan adalah MEA 20 %. Temperatur MEA masuk
absorber adalah 1000F (380C) dan tekanan 1 atm (760 mmHg). Adapun
perbandingan dalam larutan umpan adalah 0,61 mol untuk CO2 dan H2S dalam
setiap mol MEA.
Absorber (D-801) H2 51,98 % mol
CO 21,25 CO2 23,62 CH4 0,79 N2 1,57 H2S 0,79
CO2 H2S MEA (20%) H2O
H2 CO CO2 CH4 N2
17 27
19
MEA (20%) H2O 18
Universitas Sumatera Utara
Sehingga jumlah MEA yang diperlukan dapat dihitung sebagai berikut,
Perhitungan jumlah CO2 dan H2S yang akan diabsorbsi adalah:
NCO217 = 308,8444776 Kmol x 0,9966 = 307,7944064 Kmol
NH2S17 = 10,29481592 Kmol x 1,00 = 10,29481592 Kmol
Total = 318,0892223 Kmol
Maka jumlah MEA yang dibutuhkan adalah,
NMEA18 = (318,0892223/0,61) Kmol = 521,45774 Kmol
Dan jumlah air yang dibutuhkan,
molK83096,2085N
8,00,2
521,45774N
8,00,2
NN
18OH
18OH
18MEA18
OH
2
2
2
=
=
=
Kg95728,544.37Kmol83096,2085NN
Kg92214,808.31Kmol 4774,521NN
Kg0237413,350Kmol29481592,10NN
Kg95388,13542Kmol 4307,794406N
19OH
18OH
19MEA
18MEA
19SH
17SH
17CO
22
22
2
===
===
===
==
NH2 27 = NH2 17 = 679,4578507 Kmol
NCO 27 = NCO 17 = 277,9600298 Kmol
NCH4 27= NCH4 17 = 10,29481592 Kmol
NN2 27 = NN2 17 = 20,58963184 Kmol
NCO2 27 = 1,050071224 Kmol
N29 = 989,3523995 Kmol
FH2 27 = FH2 17 = 1358,915701 Kg
FCO 27 = FCO 17 = 7782,880834 Kg
FCH4 27 = FCH4 17 = 164,7170547 Kg
FN2 27 = FN2 17 = 576,5096915 Kg
FCO2 27 = 46,20313386 Kg
F29 = 9929,226415 Kg
Universitas Sumatera Utara
A.6 Stripper (D-802)
MEA yang digunakan untuk mengabsorbsi CO2 dan H2S dapat
diregenerasi kembali dengan menggunakan stipper (Ralph, 1994). Umpan yang
terdiri dari campuran MEA (20%), CO2 dan H2S dipanaskan kembali hingga
suhu 1900F -2100F, dengan heat exchange dari aliran bawah stripper lalu
dialirkan kedalam stipper. Regenerasi MEA (20%) ini terjadi pada suhu 2350F
2450F.
Perhitungan
Maka, neraca bahannya adalah sebagai berikut ;
NCO221 = NCO222 = 307,7944064 Kmol
NH2S21 = NH2S22 = 10,29481592 Kmol
NMEA21 = NMEA23 = 521,45774 Kmol
NH2O21 = NH2O23 = 2085,83096 Kmol
N21 = 2925,377922 Kmol
FCO221 = FCO222 = 13542,95388 Kg
FH2S21 = FH2S22 = 350,0237413 Kg
FMEA21 = FMEA23 = 31.808,92214 Kg
FH2O21 = FH2O23 = 37.544,95728 Kg
F21 = 83.246,85704 Kg
Stripper (D-902) 21
23
22
MEA (20 %) H2S CO2 H2O
H2S CO2
MEA (20%) H2O
Universitas Sumatera Utara
A.7 Reaktor Pembuatan Methanol (R-702)
Pada reaktor pembuatan metanol ini terjadi dua reaksi pembentukan
methanol dengan konversi sebesar 99%.
Reaksi 1 : CO + 2H2 CH3OH
Reaksi 2 : CO2 + 3H2 CH3OH + H2O
Konversi dalam reaktor adalah sebesar 99 % (Indala, 2001) terhadap CO
dan CO2. Dimana,
31OHCH3N = 276,22 kmol
Kmol22,276rr
rx1rx10Kmol276,22
rxrxNN
(2)(1)
(2)(1)
(2)2
OHCH(1)1
OHCHin
OHCH31
OHCH 3333
=+
++=
++=
Untuk reaksi 1, CO merupakan reaktan pembatas, dengan konversi reaksi 99%,
Neraca massa CO;
Kmol/jam1804295,275r
rx1Kmol9600298,277Kmol779600298,2
rxNN
Kmol779600298,2N
Kmol 8277,96002999,01N
N99,01N
(1)
(1)
(1)1CO
28CO
31CO
31CO
31CO
28CO
31CO
=
=
+=
=
=
=
Reaktor (R-702)
28 31
CuZn-Cr 30
H2 CO CO2 CH4 N2
CH3OH H2O H2 CO CO2 CH4 N2 CuZn-Cr
Universitas Sumatera Utara
Untuk reaksi 2, CO2 merupakan reaktan pembatas, dengan konversi
reaksi 99%,
Neraca massa CO2;
Kmol/jam039570512,1r
rx1Kmol050071224,1Kmol2240,01050071
rxNN
Kmol40105007122,0N
Kmol41,0500712299,01N
N99,01N
(2)
(2)
(2)1CO
28CO
31CO
31CO
31CO
28CO
31CO
222
2
2
22
=
=
+=
=
=
=
Neraca massa H2:
Kmol9782801,125N
)039570512,1x3()1804295,275x2(Kmol4578507,679N
rxrxNN
312H
312H
(2)2H(1)
1H2
inH
312H 22
=
=
++=
Neraca massa H2O:
Kmol039570512,1N
Kmol039570512,1x10N
rxNN
31OH
31OH
(2)2
OHin
OH31
OH
2
2
222
=
+=
+=
Neraca massa katalis;
Jumlah katalis yang dibutuhkan adalah, 600gr CH3OH/kg-katalis (Indala,1999).
Kg66667,14731FF
Kg66667,14731F
CrCuZnKg1Kg600,0Kg8839F
FKg8839
CrCuZnKg1OHCHKg0,600
31CrCuZn
30CrCuZn
30CrCuZn
30CrCuZn
30CrCuZn
3
==
=
=
=
Universitas Sumatera Utara
Kg85309,24660F
Kg5576,509691FF
Kg7164,717054FF
Kg462031338,0F
Kg82880834,77F
Kg9565602,251F
Kg66667,14731F
Kg71226922,18F
Kg8839F
31
28N
31N
28CH
31CH
31CO
31CO
31H
31CrCuZn
31OH
31OHCH
22
44
2
2
2
3
=
==
==
=
=
=
=
=
=
A.8 Cyclone
Untuk memisahkan katalis yang berupa padatan dari campuran gas
digunakan cyclone separator (Walas, 2004).
Tabel A.1 Neraca massa pada Cyclone
Komponen Laju alir masuk
(kg/jam)
Laju alir keluar (kg/jam)
Alur 31 Alur 32 Alur 29
CuZn-Cr (Katalis) 14731,66667 - 14731,66667
CH3OH 8839,00000 8839,00000 -
H2 251,9565602 251,9565602 -
CO 77,82880834 77,82880834 -
CO2 0,462031328 0,462031328 -
CH4 164,7170547 164,7170547 -
N2 576,5096915 576,5096915 -
H2O 18,71226922 18,71226922
Total 24660,85309 24660,85309
Cyclone (H-111) 31
29
32 CH3OH H2 CO CO2 CH4 N2 CuZn-Cr (Katalis)
CH3OH H2 CO CO2 CH4 N2
CuZn-Cr (Katalis)
Universitas Sumatera Utara
A.9 Tangki Separator (D-803)
Metanol yang dihasilkan dipisahkan dari gas-gas impuritisnya, dan
dipisahkan. Dalam hal ini tidak terjadi reaksi.
Tabel A.2 Neraca massa pada Tangki Penyimpanan Sementara
Komponen Laju alir masuk
(kg/jam)
Laju alir keluar
(kg/jam)
Alur 34 Alur 35 Alur 36
CH3OH 8839,00000 - 8839,00000
H2O 18,71226922 - 18,71226922
H2 251,9565602 251,9565602 -
CO 77,82880834 77,82880834 -
CO2 0,462031328 0,462031328 -
CH4 164,7170547 164,7170547 -
N2 576,5096915 576,5096915 -
Total 9929,18642 9929,18642
Separator (D-803)
34
36
35
CH3OH H2 CO CO2 CH4 N2
H2 CO CO2 CH4 N2
CH3OH H2O
Universitas Sumatera Utara
LAMPIRAN B
PERHITUNGAN NERACA ENERGI
Basis perhitungan : 1 jam operasi
Satuan operasi : kJ/jam
Temperatur : 250C atau 2980C
Neraca panas ini menggunakan rumus-rumus perhitungan sebagai berikut:
Perhitungan panas yang masuk dan keluar
dTCpnHQT
C25T 01==
= (Smith, 1987)
Persamaan untuk menghitung kapasitas panas : 32 dTcTbTaCp +++= (Reklaitis, 1983)
Jika Cp adalah fungsi dari temperatur maka persamaan menjadi :
dTdTCTbTaCpdTT
T
T
T
)( 322
1
2
1
+++=
(Reklaitis, 1983)
)(4
)(3
)(2
)( 414
23
13
22
12
212
2
1
TTdTTcTTbTTaCpdTT
T
+++=
Untuk sistem yang melibatkan perubahan fasa persamaan digunakan adalah :
++=22
1 1
T
Tv
T
T
T
TVll
b
b
dTCpHdTCpCpdT
(Reklaitis, 1983)
Perhitungan energi untuk sistem yang melibatkan reaksi :
+=2
1
2
1
)(T
Tout
T
Toutr CpdTNCpdTNTHrdt
dQ
(Reklaitis, 1983)
Universitas Sumatera Utara
B.1 Data-Data Kapasitas Panas, Panas Perubahan Fasa, dan Panas Reaksi
Komponen
B.1.1 Data-Data Panas Perubahan Fasa Komponen
Tabel B.1 Data Panas Perubahan Fasa Komponen (Reklaitis, 1983).
Komponen Hvl pada titik didihnya (J/mol)
CH3OH 35.270,4
H2O 40656,2
B.1.2 Data-Data Kapasitas Panas Komponen
Tabel B.2 Data Kapasitas Panas Komponen Gas ( J/mol K) (Reklaitis, 1983)
Komponen a (101) b (10-2) c (10-6) d (10-9)
CH3OH 3,44925 -2,91887 286,844 -312,501
O2 2,96832 -1,13842 43,3779 -37,0062
H2O 3,40471 -0,965064 32,9983 -20,4467
H2 1,76386 6,70055 -131,45 105,883
CO 2,90063 0,249235 -18,6440 47,9892
CO2 1,90223 7,96291 -73,7067 37,4572
CH4 3,83870 -7,36639 290,981 -263,849
N2 2,94119 -0,30681 5,45064 5,13186
H2S 3,45234 -1,76481 67,6664 -53,2454
Tabel B.3 Data Kapasitas Panas Komponen Cair ( J/mol K) (Reklaitis, 1983).
Komponen a (101) b (10-2) c (10-6) d (10-9)
CH3OH -25,8250 335,820 -11638,8 1405,16
H2O 1,82964 47,2118 -1338,78 1314,24
Universitas Sumatera Utara
Tabel B.4 Data Panas Reaksi Komponen (Reklaitis, 1983).
Komponen Hof (kJ/mol)
H2 0
CO 110,700
CO2 -394,071
CH4 -74,9595
N2 0
H2S - 20,1959
H2O - 242,183
CH3OH 201,456
B.2 Perhitungan Neraca Panas
1. Gasifier (B-401) Perhitungan neraca panas pada prarancangan pabrik pembuatan Metanol dari
batubara dengan proses gasifikasi ini, dimulai dari gasifier. Adapun temperatur
operasi pada gasifier adalah 8000C (1073 K) (Swargina, 2006).
Temperatur operasi adalah 8000C (1073 K) (Swargina, 2006).
Analisis proksimat batu bara (wt %):
Total moisture = 23,6
Volatile matter = 30,3
Fixed carbon = 38,3
Ash = 7,8
Gasifier (B-401) Coal T 303 K
Steam T 973 K
Ash
O2 N2
H2 CO CO2 CH4 N2 H2S
10
6
11
12
13
Universitas Sumatera Utara
Analisis ultimasi (wt %):
C = 32,342
H = 5,576
O = 57,992
N = 2,602
S = 1,4869
Btu/lb8648,485H
)10127,71(32
0,01487
)10122,97)(1
0,05576(0,5)10169,29(12
0,32342957288,7329H
1f
3
331f
=
++=
Dengan menggunakan korelasi untuk batu bara oleh Institute Of Gas And
Technology(IGT) (Reklaitis, 1983).
)(515365829405687814658 NOashSHCwV wwwwwwQ +++=
Diketahui bahwa kandungan ash dalam alur 11 adalah 100 %.
Qv ash = -658(1) = -658 Btu/lb = 6fH
Untuk kapasitas panas batu bara digunakan persamaan kirov (Reklaitis, 1983).
Btu/lb1,634carbonFixed)7786(103/63,2)7786(102/7,4)7786(145,0carbonFixed
T102,63T104,70,145carbonFixed337224
274
=
+=
+=
Btu/lb1,677Ash)77(8610/27,7877)(860,18Ash
T107,780,18Ash225
5
=
+=
+=
Btu/lb6,5396mattervolatilSecondary)77(86103,39/277)(860,699mattervolatilSecondary
0,069100
30,3)(38,3 0,1:mattervolatilSecondary
224
=+=
=+
Btu/lb759,3mattervolatilPrimary)77(8610/25,477)(86381,0mattervolatilPrimary
234,0069,0303,0:mattervolatilPrimary224
=+=
=
Universitas Sumatera Utara
Cp total = Cpiwi = 2,08749 Btu/lb
kJ13,440.667.10Btu64,742.110.10H2,08749)(-485,86485801,899.20H
dT)CpH(FH
10
10
86
77coalf1
10coal
10
==
+=
+=
Neraca Panas Steam:
O)(H)dTCpH(NH 2873
298f
1111 +=
++=
873
11,465V
1,465
298L
873
2982 dTCpdTCpO)(HCpdT VLH
kJ/Kmol512.854,394dTCp
)298(465,1104
1314,24)298465,1(103
1338,78
)298(465,1102
47,2118298)(465,10,182964dTCp
465,1
298L
449336
222465,1
298L
=
+
+=
kJ/Kmol114.735,408dTCp
)1,465(873104
20,4467)1,465(873103
32,9983
)1,465(873102
0,965064)1,465334,0471(87dTCp
873
373V
449336
222873
373V
=
+=
kJ/Kmol40656,2HVL =
kJ/Kmol00261,246.68dTCpHdTCpO)CpdT(H873
1,465V
1,465
298VLL
873
2982 =
++=
kJ/Kmol0242.183,00-)( 2 = OHH f
kJ4,475.636.107H61)68.246,002242.183,0( 618,82450 H
11
11
=
+=
Universitas Sumatera Utara
Panas keluar T = 1073 K (1472 F)
Btu335,1572)77(147210/27,7877)(14720,18AshCp 225 =+=
H11 = -526.287,7756 Btu = -555.265,1805 kJ
++
+++++
++++=
1073
298SHSHfSH
13
1073
298N)(NfN
131073
298CH)(CHfCH
131073
298CO
)(COfCO13
1073
298CO(CO)fCO
131073
298H)(HfH
1313
dT)CpH(N
dT)CpH(NdTCp)H(N)Cp
)H(NdTCpH(N)dTCpH(NH
222
2224442
22222
Neraca panas H2:
)CpHN(CpN22 H
1073
298fH
1073
298
+=
kJ,8512.517.184CpN
))298(1073104
105,883)298(1073103
131,45
)298(1073102
6,70055298)(107317,6380(4978209,401CpN
2
2
H
1073
298
449336
222H
1073
298
=
+
++=
Neraca Panas CO :
kJ41,206.565.14CpN
))298(1073104
47,9892)298(1073103
18,644
)298(1073102
0,249235298)(107329,0063(28(-110.541,x3066865,185CpN
dT)CpHN(CpN
CO
1073
298
449336
222CO
1073
298
CO
1073
298fCO
1073
298
=
+
++=
+=
Universitas Sumatera Utara
Neraca Panas CO2:
kJ8,783.956.108CpN
))2981073(1044572,37)2981073(10
37067,73
)2981073(102
96291,7)2981073(0223,19(-394071(8444776,308CpN
dT)CpHN(CpN
2
2
22
CO
1073
298
449336
222CO
1073
298
CO
1073
298fCO
1073
298
=
+
++=
+=
Neraca Panas CH4 :
kJ734,159.559.5CpN
))298(1073104
263,849)298(1073103
290,981
)298(1073102
7,36639298)(1073(38,38774.851,76(9481592,102CpN
dT)CpHN(CpN
4
4
44
CH
1073
298
449336
222CH
1073
298
CH
1073
298fCH
1073
298
=
+
+=
+=
Neraca Panas N2:
kJ91515.797,08CpN
)298(1073104
5,13186)298(1073103
5,45064
)298(1073102
0,30681298)(1073(29,41190(58963184,20CpN
dT)CpN((CpN
2
2
22
N
1073
298
449336
222N
1073
298
N
1073
298fN
1073
298
=
++
+=
+=
Universitas Sumatera Utara
Neraca Panas H2S :
kJ7945,153.71CpN
)298(1073104
53,2454)298(1073103
67,6664
)298(1073102
1,76481298)(1073(34,52348(-20.166,829481592,10CpN
dT)CpHN(CpN
SH
1073
298
449336
222H
1073
298
H
1073
298fH
1073
298
2
2
22
=
+
+=
+=
S
SS
Neraca panas H13 = - 115.977.014,2 KJ.
kJ15,636.771.1HH13,440.667.104,475.636.107 05555.265,18-4,2115.977.01 -
HHHHHQQ
6
6
610111213
outin
=
+=
++=+
=
+++=&
298Nf
6
298Of
6O
6 dT)CpH(dT)CpH(NH2222 N
T
N
Neraca Panas N2 :
))298(T104
5,13186)298(T
103
5,45064)298(T102
3,00681298)(T(29,4119 57611,3dTCpN
T105,13186T105,45064T103,00681(29,4119NdTCpN
44933
6223T
TN
T
298
39263T
TN
2
12
22
12
+
+=
++=
Neraca Panas O2 :
)298(T104
37,0062)298(T103
43,3779
)298(T102
1,13842298)(T(29,6832 94609,67dTCpN
T1037,0062T1043,3779T101,13842(29,6832dTCpN
449336
222T
TO
T
298
39262T
TO
2
12
22
12
+
=
+=
N
Dengan menggunakan metode trial and error diperoleh nilai T = 723 K.
Universitas Sumatera Utara
2. Heater (E-601)
Asumsi bahwa udara terdiri dari 79 % N2 dan 21 % O2.
Panas Masuk (Qin) :
Neraca Panas N2 :
kJ60128,374.37dTCpN
)298(303104
5,13186)298(30310
35,45064)298(30310
23,00681298)(303(29,4119 256,5594dTCpN
T105,13186T105,45064T103,0681(29,4119NdTCpN
303
298N
449336
223303
298N
303
298
39263303
298N
2
2
2
=
+
+=
++=
Neraca Panas O2:
H2 = 47.010,57898 kJ/jam
Heater (E-601) N2 O2 T 303 K
N2 O2 T =723 K
Steam (H2O) T = 973 K
Steam T = 573 K
2 3
kJ9777,635.9dTCpN
)298(303104
37,0062)298(30310
343,3779)298(30310
21,13842298)(303(29,68321993,68dTCpN
T1037,0062T1043,3779T101,13842(29,6832NdTCpN
303
298O
449336
222303
298O
303
298
39262303
298O
2
2
2
=
+=
++=
Universitas Sumatera Utara
Neraca panas Steam masuk 6000C (873 K) :
++=
873
11,465V
1,465
298L
873
2982 dTCpdTCpO)(HCpdT VLH
kJ/Kmol512.854,394dTCp
)298(465,1104
1314,24)298465,1(103
1338,78
)298(465,1102
47,2118298)(465,10,182964dTCp
465,1
298L
449336
222465,1
298L
=
+
+=
kJ/Kmol114.735,408dTCp
)1,465(873104
20,4467)1,465(873103
32,9983
)1,465(873102
0,965064)1,465334,0471(87dTCp
873
373V
449336
222873
373V
=
+=
kJ/Kmol40656,2HVL =
( ) kJ/Kmol00261,246.68dTCpHdTCp.O)CpdT(H873
1,465V
1,465
298VLL
873
2982 NN =
++=
Neraca Panas Keluar 4500C (723 K) :
Neraca Panas N2 :
kJ563.290.297,dTCpN
)298(723104
5,13186)298(723103
5,45064
)298(723102
3,00681298)23(29,4119(75594,256dTCpN
723
298N
449336
223723
298N
2
2
=
++
=
Universitas Sumatera Utara
Neraca Panas O2 :
kJ9,799.092.1dTCpN
)298(723104
37,0062)298(723103
43,3779
)298(723102
1,13842298)23(29,6832(71993,68dTCpN
723
298O
449336
222723
298O
2
2
=
+
=
H3 = 4.383.097,46 Kj
Panas keluar steam bekas 573 K (3000C) :
O)(H)dTCpH(NH 2573
298fOH2 +=
++=
573
465,11V
465,11
298VLL
573
2982 dTCpHdTCpO)(HCpdT
kJ/Kmol512.854,394dTCp
)298(465,1104
1314,24)298465,1(103
1338,78
)298(465,1102
47,2118298)(465,10,182964dTCp
465,1
298L
449336
222465,11
298L
=
+
+=
kJ/Kmol3.783,5355dTCp
)1,465(573104
20,4467)1,465(573103
32,9983
)1,465(73102
0,965064)1,465334,0471(57dTCp
573
373V
449336
222573
373V
=
+=
kJ/Kmol40656,2HVL =
( ) kJ/KmolN9757.294,129dTCpHdTCpO)CpdT(H573
1,465V
1,465
298VLL
573
2982 =
++=
Maka jumlah steam yang diperlukan adalah:
Kg 7.16,59528 Kmol92196,3959757.294,129-6168.246,0029847.010,578 464.383.097,N
keluarsteampanas-masuksteampanasO2) (N2masuk panas - O2) (N2keluar panas N
==
=
++=
Universitas Sumatera Utara
3. Steam Methane Reformer (R-701)
Reaksi :
CH4 + H2O CO + 3 H2
Metana + air karbonmonoksida + hidrogen
inoutR QQ)K(1063Hrt
Q++=
Panas reaksi :
dTCpHH sRR +=1063
298
)298()1063(
lkJ/kmo48,493.206)183.24276,851.74(28,541.110(298)HR ==
Neraca Panas reaksi CH4 :
=
+
=
1063
2984
449336
2221063
2984
kJ/Kmol6421.253,355)(CHCpdT
)298(1063104
263,849)298(1063103
290,981
)298(1063102
7,36639298)(1063(38,3871)(CHCpdT
Neraca Panas reaksi H2O :
++=
873
11,465V
1,465
298L
873
2982 dTCpdTCpO)(HCpdT VLH
SMR
H2 CO CH4 N2 H2S T = 8000C
H2O T = 6000C
H2 CO CO2 CH4 T = 500 0C N2 H2S
13
14
15
Universitas Sumatera Utara
kJ/Kmol512.854,394dTCp
)298(465,1104
1314,24)298465,1(103
1338,78
)298(465,1102
47,2118298)(465,10,182964dTCp
465,1
298L
449336
222465,1
298L
=
+
+=
kJ/Kmol114.735,408dTCp
)1,465(873104
20,4467)1,465(873103
32,9983
)1,465(873102
0,965064)1,465334,0471(87dTCp
873
373V
449336
222873
373V
=
+=
kJ/Kmol40656,2HVL =
kJ/Kmol00261,246.68dTCpHdTCp1O)CpdT(H873
1,465V
1,465
298VLL
873
2982 =
++=
Neraca Panas reaksi CO:
kJ/Kmol44142.110,86CpdT(CO)
)298(1063104
47,9892)298(1063103
18,644
)298(1063102
0,249235298)063(29,0063(11CpdT(CO)
1063
298
449336
2221063
298
=
+
+=
Neraca Panas reaksi H2 :
kJ/Kmol91.482,486CpN
))298(1063104
105,883)298(1063103
131,45
)298(1063102
6,70055298)317,638(106(03CpN
2
2
H
1063
298
449336
222H
1063
298
=
+
++=
Universitas Sumatera Utara
kJ41,101.483.32(1063K)HKmol/jam65334328,92kJ/Kmol 4722,587.350(1063K)H
)35564,253.2100261,246.68486,482.918644,110.142(48,493.206(1063K)H
R
R
R
=
=
++=
Qin (T = 1073K) :
Neraca Panas H2 :
kJ74,373.517.12)(HNCpdT
))298(1073104
105,883)298(1073103
131,45
)298(1073102
6,70055298)(1073(17,6384978209,401)(HNCpdT
2
1073
298
449336
2222
1073
298
=
+
+=
Neraca Panas CO :
kJ1414.249.693,(CO)NCpdT
))298(1073104
47,9892)298(1073103
18,644
)298(1073102
0,249235298)(1073(29,00633066865,185(CO)NCpdT
1073
298
449336
2221073
298
=
+
+=
Neraca Panas CO2 :
=
+
+=
1073
2982
449336
2221073
2982
kJ46,082.256.12)(CONCpdT
))298(1073104
37,4572)298(1073103
73,7067
)298(1073102
7,96291298)(1073(19,02238444776,308)(CONCpdT
Neraca Panas CH4 :
kJ546,308.157.2)(CHNCpdT
))298(1073104
263,849)298(1073103
290,981
)298(1073102
7,36639298)(1073(38,3879481592,102)(CHNCpdT
1073
2984
449336
2221073
2984
=
+
=
Universitas Sumatera Utara
Neraca Panas N2 :
kJ5828,793.515)(NNCpdT
)298(1073104
5,13186)298(1073103
5,45064
)298(1073102
30,0681298)(1073(29,411958963184,20)(NNCpdT
1073
2982
449336
2221073
2982
=
++
=
Neraca Panas H2S :
=
+
=
1073
2982
449336
2221073
2982
kJ8606,068.279S)(HNCpdT
)298(1073104
53,2454)298(1073103
67,6664
)298(1073102
1,76481298)(1073(34,523429481592,10S)(HNCpdT
Neraca panas H2O :
++=
873
11,465V
1,465
298L
873
2982 dTCpdTCpO)(HCpdT VLH
kJ/Kmol512.854,394dTCp
)298(465,1104
1314,24)298465,1(103
1338,78
)298(465,1102
47,2118298)(465,10,182964dTCp
465,1
298L
449336
222465,1
298L
=
+
+=
kJ/Kmol114.735,408dTCp
)1,465(873104
20,4467)1,465(873103
32,9983
)1,465(873102
0,965064)1,465334,0471(87dTCp
873
373V
449336
222873
373V
=
+=
kJ/Kmol40656,2HVL =
( ) kJ/Kmol00261,246.68dTCpHdTCp.O)CpdT(H873
1,465V
1,465
298VLL
873
2982 NN =
++=
Universitas Sumatera Utara
[ ]
kJ307,220.323.6O)(HNCpdT
kJ/Kmol6168.246,00265334328,92O)(HNCpdT
kJ/KmoldTCpHdTCp65334328,92O)(HNCpdT
873
2982
873
2982
773
373V
373
298VLL
873
2982
=
=
++=
kJ 64,540.298.38NCpdT total1073
298
=
kJ23,439.815.5Q
kJ1)64,540.298.38Q41,101.483.32(tQ
0QQ)K(1063HrtQ
out
out
inoutR
=
+=
=+=
Dengan menggunakan metode trial error, maka diperoleh temperatur steam
masuk adalah 473K (2000C).
4. Cooler (E-602)
Panas masuk umpan pada suhu (473) K = 5.815.439,23 kJ
Cooler (E-602) H2 CO CO2 CH4 T = 473 K N2 H2S
H2 CO CO2 CH4 T = 311 K N2 H2S
H2O T = 293 K
H2O T= 323 K
16 17
Universitas Sumatera Utara
Panas keluar T ( 311 K):
Neraca Panas H2 :
kJ/Kmol6587,765.254)(HNCpdT
))298(311104
105,883)298(311103
131,45
)298(311102
6,70055298)(311(17,6384578507,679)(HNCpdT
2
311
298
449336
2222
311
298
=
+
+=
Neraca Panas CO :
=
+
+=
311
298
449336
222311
298
kJ/Kmol6172,206.106(CO)NCpdT
))298(311104
47,9892)298(311103
18,644
)298(311102
0,249235298)(311(29,00639600298,277(CO)NCpdT
Neraca Panas CO2 :
kJ/Kmol5415,530.150)(CONCpdT
))298(311104
37,4572)298(311103
73,7067
)298(311102
7,96291298)(311(19,02238444776,308)(CONCpdT
311
2982
449336
222311
2982
=
+
+=
Neraca Panas CH4 :
=
+
=
311
2984
449336
222311
2984
kJ/Kmol371418,4749)(CHNCpdT
))298(311104
263,849)298(311103
290,981
)298(311102
7,36639298)(311(38,38729481592,10)(CHNCpdT
Universitas Sumatera Utara
Neraca Panas N2 :
=
++
=
311
2982
449336
222311
2982
kJ/Kmol595733,796.7)(NNCpdT
))298(311104
5,13186)298(311103
5,45064
)298(311102
30,0681298)(311(29,411958963184,20)(NNCpdT
Neraca Panas H2S :
=
+
=
311
2982
449336
222311
2982
kJ/kmol66054,539.4S)(HNCpdT
))298(473104
53,2454)298(473103
67,6664
)298(473102
1,76481298)(473(34,523429481592,10S)(HNCpdT
kJ4451,588.528dTNCp total311
298
=
Air pendingin masuk air pada T 293 K (200C) :
kJ/Kmol374,079dTCp
)293(298104
1314,24)293298(103
1338,78
)293(298102
47,2118293)(298101,82964dTCp
298
293L
449336
2221298
293L
=
+
+=
Air pendingin keluar pada T = 333 K (600C) :
kJ/Kmol788,633.2dTCp
)298(333104
1314,24)298333(103
1338,78
)298(333102
47,2118298)(333101,82964dTCp
333
298L
449336
2221333
298L
=
+
+=
Universitas Sumatera Utara
Maka jumlah air pendingin yang dibutuhkan adalah :
Kg53,055.36Kmol085,003.2N374,079-13011,93544
4451,588.528 23,439.815.5N
keluarsteampanas-masuksteampanasmasuk panas -keluar panas N
==
=
=
6. Heat exchanger (E-603)
Panas umpan pada T 311 K :
Neraca Panas CO2 :
=
+
+=
311
2982
449336
222311
2982
kJ7931,018.150)(CONCpdT
))298(311104
37,4572)298(311103
73,7067
)298(311102
7,96291298)(311(19,02237944064,307)(CONCpdT
Neraca Panas H2S :
=
+
=
311
2982
449336
222311
2982
kJ66054,4539S)(HNCpdT
)298(311104
53,2454)298(311103
67,6664
)298(311102
1,76481298)(311(34,523429481592,10S)(HNCpdT
Heat exchanger
20 CO2 H2S RNH2 (20%) T = 311 K
CO2 H2S RNH2 (20%) T = 373 K
RNH2 (20%) T = 388 K
RNH2 (20%) T = ?
21 24
25
Universitas Sumatera Utara
Neraca Panas RNH2 :
kJ115,034.143.1)(RNHNCpdT
C25)-(38CkJ/Kmol168,6152521,45774)(RNHNCpdT
38
252
0038
252
=
=
Neraca Panas H2O:
kJ8782.034.436,O)(HdTNCp
))298(31110x4
1314,24)298(31110x3
1338,78
)298(31110x2
47,2118298)(31118,2964(x83096,2085O)(HdTNCp
311
2982L
449336
222311
2982L
=
+
+=
Total panas masuk alur 20 = 3.332.029,447 kJ
Qin (T = 388 K) :
Neraca Panas RNH2 :
kJ101,313.913.7)(RNHNCpdT
C25)-(115CkJ/Kmol168,6152521,45774)(RNHNCpdT
118
252
00118
252
=
=
Neraca Panas H2O:
++=
388
373V
373
298VLL
388
2982 dTCpHdTCpNO)(HCpdTN
kJ/Kmol5.671,65dTCp373
298L =
kJ/Kmol395,510dTCp
)373(388104
20,4467)373(38810
332,9983)373(38810
20,965064373)(38834,0471dTCp
391
373V
449336
222391
373V
=
+=
kJ/kmol40656,2HVL =
Universitas Sumatera Utara
[ ]
kJ53,661.696.97O)(HNCpdT
kJ/Kmol245,838.462085,83096O)(HNCpdT
kJ/KmoldTCpHdTCp2085,83096O)(HNCpdT
391
2982
391
2982
388
373V
373
298VLL
391
2982
=
=
++=
Total panas masuk alur 20 = 105.609.974,6 kJ/Kmol
Panas keluar pada T 373 K (100 0C) :
Neraca Panas CO2 :
=
+
+=
373
2982
449336
222373
2982
kJ1071,584.896)(CONCpdT
))298(373104
37,4572)298(373103
73,7067
)298(373102
7,96291298)(373(19,02237944064,307)(CONCpdT
Neraca Panas H2S :
=
+
=
373
2982
449336
222373
2982
kJ3526.417,668S)(HNCpdT
)298(373104
53,2454)298(373103
67,6664
)298(373102
1,76481298)(373(34,523429481592,10S)(HNCpdT
Neraca Panas RNH2 :
kJ5846.594.427,)(RNHNCpdT
C25)-(100CkJ/Kmol68,61521521,45774)(RNHNCpdT
100
252
00100
252
=
=
Neraca Panas H2O:
kJ/Kmol5.671,65dTCp373
298L =
kJ/kmol40656,2HVL =
Universitas Sumatera Utara
( )
( ) ( )
kJ19,599.584.50O)(HNCpdT
kJ/Kmol2,656.402085,83096457,065,671.52085,83096O)(HNCpdT
H0,457NdTCpNO)(HCpdTNO)(HNCpdT
373
2982
373
2982
373
298VL
373
298L
373
29822
=
+=
+
==
Total panas keluar alur 21 = 58.102.028,55 kJ
Panas keluar untuk untuk alur 25 :
Asumsi sistem adiabatis, sehingga tidak ada perpindahan panas ke lingkungan.
Maka,
kJ5,975.839.50QQ + ,5558.102.028 = kJ 4,6105.609.97+ kJ 4473.332.029,
keluar panas Total =masuk panas Total
25
25
=
+=T
252
T
252
out O)(HNCpdT)(RNHNCpdTQ
C25)-(TCkJ/Kmol168,6152521,45774)(RNHNCpdT 00T
252 =
))298(T10x4
1314,24)298(T10x3
1338,78
)298(T10x2
47,2118298)(T18,2964(x83096,2085O)(HdTNCp
449336
222T
2982L
+
+=
Dengan menggunakan trial and error maka diperoleh Temperatur keluar
pada alur 25 = 373 K (100 0C).
Universitas Sumatera Utara
6. Cooler (E-604)
Jumlah panas masuk pada T = 373 K : 50.839.975,5 kJ
Jumlah panas keluar pada T = 311 K :
Neraca Panas RNH2 :
kJ115,034.143.1)(RNHNCpdT
C25)-(38CkJ/Kmol168,6152521,45774)(RNHNCpdT
38
252
0038
252
=
=
Neraca Panas H2O:
kJ878,436.034.2O)(HdTNCp
))298(31110x4
1314,24)298(31110x3
1338,78
)298(31110x2
47,2118298)(31118,2964(x83096,2085O)(HdTNCp
311
2982L
449336
222311
2982L
=
+
+=
Total panas keluar alur 26 = 3.177.470,993 kJ
Air pendingin masuk air pada T 293 K (200C) :
kJ/Kmol374,079dTCp
)293(298104
1314,24)293298(103
1338,78
)293(298102
47,2118293)(298101,82964dTCp
298
293L
449336
2221298
293L
=
+
+=
Cooler
RNH2 (20%) H2O (80%) T= 373 K
RNH2 (20%) H2O (80%) T= 311 K
Air Pendingin T = 293 K
H2O T= 333 K
25 26
Universitas Sumatera Utara
Air pendingin keluar pada T = 333 K (600C) :
kJ/Kmol788,633.2dTCp
)298(333104
1314,24)298333(103
1338,78
)298(333102
47,2118298)(333101,82964dTCp
333
298L
449336
2221333
298L
=
+
+=
Maka jumlah air pendingin yang dibutuhkan adalah :
Kg7528,661.379F
Kmol3196,092.21374,079788,633.2
9933.177.470, ,550.839.975N
QQQN
pendinginair
inout
=
=
=
=
7. Reaktor Metanol (R-702)
Reaksi (www.freepatentsonline.com) :
(1) CO + 2H2 CH3OH H = -90,64 kJ/mol
(2) CO2 + 3H2 CH3OH + H2O H = -49,67 kJ/mol
inout211 QQHr(513K)HrrdT
dQ++=
Reaktor Metanol
H2 CO CO2 T = 448 K CH4 N2
CH3OH H2O H2 CO T = 513 K CO2 CH4 N2 CuZn-Cr
Katalis (CuZn-Cr)
28 31
30
Universitas Sumatera Utara
Untuk reaksi (1):
Konversi reaksi adalah sebesar 99% terhadap CO (Indala,2001), sehingga :
kJ/Kmol1804295,275rkJ/Kmol9600298,2770,99r
N0,99r
1
1
inCO1
=
=
=
Neraca Panas H2 :
kJ/Kmol219,005.13)(HCpdT
))298(513104
105,883)298(513103
131,45
)298513(102
6,70055298)(513(17,6382)(HCpdT
2
513
298
449336
2222
513
298
=
+
+=
Neraca Panas CO :
=
+
+=
513
298
449336
222513
298
kJ/Kmol3864,515.6(CO)CpdT
))298(513104
47,9892)298(513103
18,644
)298(513102
0,249235298)(513(29,00631(CO)CpdT
Neraca Panas CH3OH :
++=
513
535,486V
535,486
298VLL
513
2983 dTCpHdTCpNOH)(CHCpdT
++=
513
535,486V
535,486
298VLL
513
2983 dTCpHdTCpNOH)(CHCpdT
kJ/Kmol7424.662,374OH)dTCH(Cp
)29853,486(104
6,4051.1)29853,486(103
6,638.11
)29853,486(102820,335)29853,486(250,258OH)dTCH(Cp
53,486
2983L
449336
22253,486
2983L
=
+
+=
Universitas Sumatera Utara
kJ/Kmol1.390,2196OH)dT(CHCp
)53,486(513104
312,501)53,486(513103
286,844
)53,486(513102
2,91887)53,486513(34,4925OH)dT(CHCp
513
53,4863V
449336
222513
53,4863V
=
+
=
kJ/kmol35.270,4HVL =
[ ]
kJ/Kmol9944,322.61OH)CpdT(CH
kJ2196,390.14,270.353747,662.241OH)CpdT(CH
kJ/KmoldTCpHdTCp1OH)CpdT(CH
513
2983
513
2983
513
53,486V
53,486
298VLL
513
2983
=
++=
++=
kJ/Kmol77,154.439.13H
kJ/Kmol)611,837.48(1804295,275H
kJ/Kmol)3864,515.6219,005.139944,322.61640.90(H
(1)r
(1)r
(1)r
=
=
+=
Untuk reaksi (2):
Konversi reaksi adalah sebesar 99% terhadap CO (Indala,2001), sehingga :
kJ/Kmol039570512,1rkJ/Kmol050071224,10,99r
N0,99r
2
2
inCO2 2
=
=
=
Neraca Panas H2 :
kJ/Kmol8219.507,828)(HCpdT
))298(513104
105,883)298(513103
131,45
)298513(102
6,70055298)3(17,638(513)(HCpdT
2
513
298
449336
2222
513
298
=
+
+=
Universitas Sumatera Utara
Neraca Panas CO2 :
kJ/Kmol738.940,0020)CpdT(CO
))298(513104
37,4572)298(513103
73,7067
)298(513102
7,96291298)13(19,0223(51)CpdT(CO
513
2982
449336
222513
2982
=
+
+=
Neraca Panas CH3OH :
++=
513
53,486V
53,486
298VLL
513
2983 dTCpHdTCpNOH)(CHCpdT
[ ]
kJ/Kmol9944,322.61OH)CpdT(CH
kJ2196,390.14,270.353747,662.241OH)CpdT(CH
kJ/KmoldTCpHdTCp1OH)CpdT(CH
513
2983
513
2983
513
53,486V
53,486
298VLL
513
2983
=
++=
++=
Neraca Panas H2O :
kJ/Kmol2116.820,463dTCp
))298(513104
1314,24)298513(103
1338,78
)298(513102
47,2118298)(513101,82964(1dT.Cp
513
298L
449336
2221513
298L
=
+
+=
kJ05881,991.30H
kJ/Kmol62)(29.811,40Kmol039570512,1H
kJ/Kmol)463,820.169944,322.61002,894019.507,82849.670(rH
(2)r
(2)r
2(2)r
=
=
++=
Universitas Sumatera Utara
Qin (T = 448 K) pada alur 28 :
Neraca Panas H2 :
kJ3223.038.567,)(HNCpdT
))298(448104
105,883)298(448103
131,45
)298(448102
6,70055298)(448(17,6384578507,679)(HNCpdT
2
448
298
449336
2222
448
298
=
+
+=
Neraca Panas CO :
))298(448104
47,9892)298(448103
18,644
)298(448102
0,249235298)(29,00(4489600298,277NCpdT(CO)
449336
222448
298
+
+=
=448
298
kJ433,573.246.1NCpdT(CO)
Neraca Panas CO2 :
kJ605,602.246.1)(CONCpdT
))298(448104
37,4572)298(448103
73,7067
)298(448102
7,96291298)48(19,0223(4050071224,1)(CONCpdT
448
2982
449336
222448
2982
=
+
+=
Neraca Panas CH4 :
298))(448104
263,849)298(448103
290,981
)298(448102
7,36639298)-8(38,387(4429481592,10)NCpdT(CH
49336
222448
2984
+
=
=448
2984 kJ35694,207.58)NCpdT(CH
Universitas Sumatera Utara
Neraca Panas N2 :
kJ28675,532.90)NCpdT(N
))298(448104
5,13186)298(448103
5,45064
)298(448102
30,0681298)48(29,4119(458963184,20)NCpdT(N
448
2982
449336
222448
2982
=
++
=
Total Panas masuk = 4.433.909,471 kJ
Qout (T = 513 K) :
Neraca Panas CH3OH :
++=
513
53,486V
53,486
298VLL
513
2983 dTCpHdTCpNOH)(CHCpdT
kJ/Kmol3747,662.24dTOH)CH(Cp
)29853,486(104
6,4051.1)29853,486(103
6,638.11
)29853,486(102820,335)29853,486(250,258dTOH)CH(Cp
53,486
2983L
449336
22253,486
2983L
=
+
+=
kJ/Kmol2196,390.1dTOH)(CHCp
)53,486(513104
312,501)53,486(51310
3286,844)53,486(51310
22,91887)53,486513(34,4925dTOH)(CHCp
513
337,73V
449336
222513
53,4863V
=
+=
kJ/kmol35.270,4HVL =
[ ]
kJ49,637.938.16OH)CpdT(CHN
kJ2196,390.14,270.353747,662.2422,276OH)CpdT(CHN
kJ/KmoldTCpHdTCp22,276OH)CpdT(CHN
513
2983
513
2983
513
53,486V
53,486
298VLL
513
2983
=
++=
++=
Universitas Sumatera Utara
Neraca Panas H2O :
kJ/Kmol05764,486.17dTCp
))298(513104
1314,24)298513(103
1338,78
)298(513102
47,2118298)(513101,82964(039570512,1dTCp
513
298L
449336
2221513
298L
=
+
+=
x
Neraca Panas H2 :
kJ9385,187.819)(HNCpdT
))298(513104
105,883)298(513103
131,45
)298(513102
6,70055298)(513(17,6389782801,125)(HNCpdT
2
513
298
449336
2222
513
298
=
+
+=
Neraca Panas CO :
kJ818.109,858CpdT(CO)N
))298(513104
47,9892)298(513103
18,644
-)298(513102
0,249235298)13(29,0063(5779600298,2CpdT(CO)N
513
298
449336
222513
298
=
+
+=
Neraca Panas CO2 :
kJ90353,93)(CONCpdT
))298(513104
37,4572)298(513103
73,7067
)298(513102
7,96291298)13(19,0223(52240,01050071)(CONCpdT
513
2982
449336
222513
2982
=
+
+=
Neraca Panas CH4 :
298))(513104
263,849)298(513103
290,981
)298(513102
7,36639298)-(513(38,38729481592,10)(CHNCpdT
49336
222513
2984
+
=
=513
2984 kJ56362,556.85)(CHNCpdT
Universitas Sumatera Utara
Neraca Panas N2 :
=
++
=
513
2982
449336
222513
2982
kJ3178,374.130)(NNCpdT
))298(513104
5,13186)298(513103
5,45064
)298(513102
30,0681298)(513(29,411958963184,20)(NNCpdT
Total Qout (513K) pada alur 33 = 18.009.449,13 kJ
( )
kJ9478,375.167dTdQ
kJ 4714.433.909,,1318.009.44905881,991.3077,154.439.13dTdQ
QQHrHrdTdQ inout
21
=
++=
++=
Reaktor menggunakan air sebagai media pendingin:
Panas masuk pada T = 333 K (600C):
kJ/Kmol788,633.2dTCp
)298(333104
1314,24)298333(103
1338,78
)298(333102
47,2118298)(333101,82964dTCp
333
298L
449336
2221333
298L
=
+
+=
Panas pada T = 3380C (650C)
kJ/Kmol423.011,9354dTCp
)298(338104
1314,24)298338(103
1338,78
)298(338102
47,2118298)(338101,82964dTCp
338
298L
449336
2221338
298L
=
+
+=
Maka jumlah air pendingin yang dibutuhkan adalah :
Kg944,957.7F
Kmol1080,4429354,011.3-3.390,5215
9478,375.167N
keluarsteampanas-masuksteampanasmasuk panas -keluar panas N
=
==
=
Universitas Sumatera Utara
10. Kondensor
Dalam kondensor ini terjadi pemisahan metanol dari gas-gas lainnya impuritisnya,
dengan mendinginkan campuran gas metanol.
Jumlah panas masuk Qin (513K) = 18.009.449,13 kJ
Jumlah panas keluar Qout (308K) =
Neraca panas CH3OH
kJ/Kmol41225.491,24dTOH)CH(NCp
))298308(104
6,4051.1)298308(103
6,638.11
)298308(102820,335)298308(250,258(22,276dTOH)CH(NCp
308
2983L
449336
222308
2983L
=
+
+=
Neraca panas H2O
kJ779,6205dTCp
))298(308104
1314,24)298(308103
1338,78
)298(308102
47,2118298)(30810(1,82964039570512,1O)dT(HNCp
308
298L
449336
2221308
2982L
=
+
+=
35 36 CH3OH H2O H2 CO T = 513 K CO2 CH4 N2
H2O
T = 338K
Kondensor (E-607)
CH3OH H2O H2 CO T = 303 K CO2 CH4 N2
H2O
T = 303K
Universitas Sumatera Utara
Neraca panas H2
kJ62233,304.36)(HNCpdT
))298(308104
105,883)298(308103
131,45
)298(308102
6,70055298)(308(17,6389782801,125)(HNCpdT
2
308
298
449336
2222
308
298
=
+
+=
Neraca panas CO
=
+
+=
308
298
449336
222308
298
kJ82596,816(CO)NCpdT
))298(308104
47,9892)298(308103
18,644
)298(308102
0,249235298)(308(29,0063779600298,2(CO)NCpdT
Neraca panas CO2
kJ3,93105)(CONCpdT
))298(308104
37,4572)298(308103
73,7067
)298(308102
7,96291298)08(19,0223(301050071,0)(CONCpdT
308
2982
449336
222308
2982
=
+
+=
Neraca panas CH4
298))(30810
4263,849)298(30810
3290,981
)298(308102
7,36639298)-(308(38,38729481592,10)(CHNCpdT
49336
222308
2984
+
=
=308
2984 kJ6963,648.3)(CHNCpdT
Universitas Sumatera Utara
Neraca panas N2
=
++
=
308
2982
449336
222308
2982
kJ85537,996.5)(NNCpdT
))298(308104
5,13186)298(308103
5,45064
)298(308102
30,0681298)(308(29,411958963184,20)(NNCpdT
Total panas keluar adalah 36 = 273.041,7956 kJ
Panas masuk umpan pada T (303 K) = 374,687 kJ/Kmol
Panas keluar pada T = 338 K (650C) :
kJ/Kmol53.011,9354dTCp
)298(338104
1314,24)298338(103
1338,78
)298(338102
47,2118298)(338101,8297dTCp
338
298L
449336
2221338
298L
=
+
+=
Maka jumlah air pendingin yang dibutuhkan adalah :
Kg2237,056.121F
Kmol34576,725.6374,687-3.011,9354
56273.041,79,1318.009.449N
keluarsteampanas-masuksteampanasmasuk panas -keluar panas N
=
=
=
=
Universitas Sumatera Utara
9. Cooler (E-608)
Dalam kondensor ini terjadi pemisahan metanol dari gas-gas lainnya impuritisnya,
dengan mendinginkan campuran gas methanol.
Jumlah panas masuk Qout (308K) =
Neraca Panas H2 :
kJ62233,304.36)(HNCpdT
))298(308104
105,883)298(308103
131,45
)298(308102
6,70055298)8(17,638(309782801,125)(HNCpdT
2
308
298
449336
2222
308
298
=
+
+=
Neraca Panas CO :
=
+
+=
308
298
449336
222308
298
kJ82596,816NCpdT(CO)
))298(308104
47,9892)298(308103
18,644
)298(308102
0,249235298)08(29,0063(3779600298,2NCpdT(CO)
Neraca Panas CO2 :
kJ9310,3)NCpdT(CO
))298(308104
37,4572)298(308103
73,7067
)298(308102
7,96291298)08(19,0223(301050071,0)NCpdT(CO
308
2982
449336
222308
2982
=
+
+=
38 39 H2 CO T = 308 K CO2 CH4 N2
Refrigerant
T = 273K
Cooler (E-608)
H2 CO T = 223 K CO2 CH4 N2
Universitas Sumatera Utara
Neraca Panas CH4 :
298))(308104
263,849)298(308103
290,981
)298(308102
7,36639298)-8(38,387(3029481592,10)NCpdT(CH
49336
222308
2984
+
=
=308
2984 kJ3.648,6963)NCpdT(CH
Neraca Panas N2 :
=
++
=
308
2982
449336
222308
2982
kJ8554,996.5)NCpdT(N
))298(308104
5,13186)298(308103
5,45064
)298(308102
30,0681298)08(29,4119(3(58963184,20)NCpdT(N
Total panas masuk alur 38 adalah = 46.770,93099 kJ
Panas keluar pada T = 253 K :
Neraca Panas H2 :
kJ545,764.264)(HNCpdT
))223(298104
105,883)223(298103
131,45
)223(298102
6,70055223)8(17,638(299782801,125)(HNCpdT
2
298
223
449336
2222
298
223
=
+
+=
Neraca Panas CO :
Universitas Sumatera Utara
kJ4483,6097NCpdT(CO)
))223(298104
47,9892)223(298103
18,644
)223(298102
0,249235)22398(29,0063(2(779600298,2NCpdT(CO)
298
223
449336
222298
223
=
+
+=
Neraca Panas CO2 :
kJ27,8916)NCpdT(CO
))223(298104
37,4572)223(298103
73,7067
)223(298102
7,96291223)98(19,0223(201050071,0)NCpdT(CO
298
2232
449336
222298
2232
=
+
+=
Neraca Panas CH4 :
))223(298104
263,849)223(298103
290,981
)233(298102
7,36639223)-8(38,387(2929481592,10)NCpdT(CH
449336
222298
2234
+
=
=298
2234 kJ0734,498.26)NCpdT(CH
Neraca Panas N2 :
kJ55385,902.44)NCpdT(N
))223(298104
5,13186)223(298103
5,45064
)223(298102
30,0681)22398(29,4119(258963184,20)NCpdT(N
298
2232
449336
222298
2232
=
++
=
Total panas keluar alur 39 adalah = 342.290,5121 kJ
Digunakan media pendingin yaitu dowtherm J dengan suhu masuk -800C dan
keluar pada suhu 1600C. Adapun kapasitas panas dowtherm J pada suhu -800C
Universitas Sumatera Utara
adalah sebesar 1,584 kJ/Kg.K ; sedangkan pada suhu 1600C adalah sebesar 2,315
kJ/Kg.K. (www.dowtherm.com)
Maka jumlah refrigerant yang diperlukan adalah:
( ) ( )Kg 97575,748F
273769,14332,3155121)(-342.290,-9946.770,930F
masukpanas-keluarpanaskeluar panas-masuk panas F
=
=
=trefrigerantrefrigeran
Universitas Sumatera Utara
B.2.7 Heater (E-606)
Panas umpan masuk pada T = 311 K :
Neraca Panas H2 :
kJ531,297.143.3)(HNCpdT
))298(311104
105,883)298(311103
131,45
)298(311102
6,70055298)(311(17,6384578507,679)(HNCpdT
2
311
298
449336
2222
311
298
=
+
+=
Neraca Panas CO :
=
+
+=
311
298
449336
222311
298
kJ134,286.289.1(CO)NCpdT
))298(311104
47,9892)298(311103
18,644
)298(311102
0,249235298)(311(29,00639600298,277(CO)NCpdT
Neraca Panas CO2 :
29 30 H2 CO CO2 CH4 T = 311K N2
H2 CO CO2 CH4 T = 453K N2
H2O
T = 573K
Heater (E-606)
H2O
T = 960K
Universitas Sumatera Utara
kJ983982,516)(CONCpdT
))298(311104
37,4572)298(311103
73,7067
)298(311102
7,96291298)(311(19,0223050071224,1)(CONCpdT
311
2982
449336
222311
2982
=
+
+=
Neraca Panas CH4 :
=
+
=
311
2984
449336
222311
2984
kJ13061,273.60)(CHNCpdT
))298(311104
263,849)298(311103
290,981
)298(311102
7,36639298)(311(38,38729481592,10)(CHNCpdT
Neraca Panas N2 :
=
++
=
311
2982
449336
222311
2982
kJ09157,580.93)(NNCpdT
))298(311104
5,13186)298(311103
5,45064
)298(311102
30,0681298)(311(29,411958963184,20)(NNCpdT
Panas total umpan masuk (T = 311 K) = 4.586.953,871 kJ
Panas keluar pada T = 453 K ;
Neraca Panas H2 :
kJ595,427.353.3)(HNCpdT
))298(453104
105,883)298(453103
131,45
)298(453102
6,70055298)(453(17,6384578507,679)(HNCpdT
2
453
298
449336
2222
453
298
=
+
+=
Universitas Sumatera Utara
Neraca Panas CO :
))298(453104
47,9892)298(453103
18,644
)298(453102
0,249235298)(453(29,00639600298,277(CO)NCpdT
449336
222453
298
+
+=
=453
298
kJ147,286.289.1(CO)NCpdT
Neraca Panas CO2 :
kJ911441,6583)(CONCpdT
))298(453104
37,4572)298(453103
73,7067
)298(453102
7,96291298)53(19,0223(4050071224,1)(CONCpdT
453
2982
449336
222453
2982
=
+
+=
Neraca Panas CH4 :
=453
2984 kJ13061,60273)(CHNCpdT
Neraca Panas N2 :
Total panas keluar (T = 453 K) = 4.803.150,876 kJ/mol Panas steam masuk (T=960K) :
++=
960
373V
373
298VLL
960
2982 dTCpHdTCpNO)(HCpdTN
298))(453104
263,849)298(453103
290,981
)298(453102
7,36639298)-(453(38,38729481592,10)(CHNCpdT
49336
222453
2984
+
=
=
++
=
453
2982
449336
222453
2982
kJ09171,93580)(NNCpdT
))298(453104
5,13186)298(453103
5,45064
)298(453102
30,0681298)(453(29,411958963184,20)(NNCpdT
Universitas Sumatera Utara
kJ/Kmol5.671,65dTCp373
298L =
)373(960104
20,4467)373(960
103
32,9983)373(960102
0,965064373)(96034,0471dTCp
44933
6222960
373V
+=
kJ/Kmol115,128.21dTCp960
298V =
kJ/kmol40656,2HVL =
kJ/Kmol965,455.67dTCpHdTCpO)(HCpdTT
373V
373
298VLL
960
2982 =
++=
Panas steam keluar (T=573):
++=
573
373V
373
298VLL
573
2982 dTCpHdTCpNO)(HCpdTN
kJ/Kmol5.671,65dTCp373
298L =
)373(573104
20,4467)373(573
103
32,9983)373(573102
0,965064373)(57334,0471dTCp
44933
6222573
373V
+=
kJ/Kmol6.942,9115dTCp573
298V =
kJ/kmol40656,2HVL =
kJ/Kmol7615,270.53dTCpHdTCpO)(HCpdTT
373V
373
298VLL
960
2982 =
++=
Maka jumlah steam yang dibutuhkan adalah :
Kg24131,15F
kmol6780874,277)553.270,761-67.455,6958714.586.953,764803.150,8(
keluarsteampanas-masuksteampanasmasuk panas -keluar panasN
=
=
=
=
Universitas Sumatera Utara
LAMPIRAN C
SPESIFIKASI PERALATAN
C-1. Unit Persiapan Bahan Baku
1. Gudang batubara (F-101) Fungsi : Tempat penyimpanan batubara selama 30 hari
Bentuk : prisma segi empat beraturan
Bahan konstruksi : beton
Kondisi : P = 1 atm
T = 300C
Kebutuhan batubara : 9.479,86472 kg/jam
Densitas ( ) batubara : 1500 kg/m3
Volume batubara = 3m335,45501500
302429.479,8647=
Faktor kelonggaran : 20 %
Volume bangunan : 4.550,335 m3
Gudang direncanan berukuran : panjang (p) = lebar (l) = 2 x tinggi (t)
Volume gudang = p x l x t
= 4.t3
tinggi gudang = m439,104
4.550,3353 =
Panjang = lebar = 2 x 10,439 m = 20,878 m
2. Crusher (C-301) Fungsi : memperkecil ukuran batubara hingga 3- 30 mm
Jenis : Roll crusher
Bahan konstruksi : Carbon steel, SA-283, Grade C
Jumlah : 1 unit
Perhitungan daya :
Ukuran partikel yang ingin dihaluskan (Dp1) = 10 cm = 100 mm
Ukuran yang ingin diperoleh (Dp2) = 30 mm
Universitas Sumatera Utara
Perhitungan daya conveyer :
P = 0,6 x ms x R* ( Timmerhaus, 2004)
ms = 9479,86472 kg/jam = 2,6333 kg/s
R* = 100/30 = 3,33
P = 0,6 x 2,6333 x 3,33 = 5,2613 kW = 7,05552 Hp.
Maka digunakan daya pompa standard 7,05552 HP
3. Bucket Elevator (J-201) Fungsi : Mengangkut batubara menuju crusher.
Jenis : Spaced-Bucket Centrifugal-Discharge Elevator
Bahan : Malleable-iron
Jumlah : 50 unit
Kondisi operasi :
- Temperatur (T) : 30 0C
- Tekanan (P) : 1 atm (14,699 psi)
- Laju bahan yang diangkut = 9.479,864725 kg/jam
- Laju bahan tiap unit = 189,5973
- Faktor kelonggaran, fk = 12 % (Tabel 28-8, Perry, 1999)
Kapasitas = 1,12 x 189,5973 kg/jam = 212,349 kg/jam = 0,21235 ton/jam
Untuk bucket elevator kapasitas < 14 ton/jam, spesifikasi :
(Tabel 21-8, Perry, 1999)
- Tinggi elevator = 16 ft = 4,8768 m
- Ukuran bucket = (6 x 4 x 4) in
- Jarak antar bucket = 12 in = 0,305 m
- Kecepatan bucket = 225 ft/mnt = 68,6 m/mnt = 1,143 m/s
- Kecepatan putaran = 43 rpm
- Lebar belt = 7 in = 0,1778 m =17,78 cm
Perhitungan daya yang dibutuhkan (P):
Zm 0,07P 0,63= (Timmerhaus, 2003)
Dimana: P = daya (kW)
m = laju alir massa (kg/s)
Universitas Sumatera Utara
Z = tinggi elevator (m)
m = 212,349 kg/jam = 0,059 kg/s
Z = 16 ft = 4,8768 m
Maka :
P = 0,07 x (0,059)0,63 x 4,8768
= 0,047882 kW = 0,0574 hp
Maka digunakan daya pompa standard 0,0574 HP
4. Belt Conveyer (J-202) Fungsi : mengangkut batubara dari Crusher ke gasifier
Jenis : Belt Conveyer
Bahan konstruksi : Carbon steel, SA-283, Grade-C
Kondisi operasi :
- T = 300C
- Sudut elevasi = 300
- Jarak angkut = 35 meter
- Jumlah = 1 unit
Laju alir massa = 9479,86472 kg/jam = 2,6333 kg/s = 20.899,5 lb/jam
Densitas = 1500 kg/m3 = 93.642 lb/ft3
Volume = /jamft1851,22393,642
20.899,5 3=
Maka daya yang diperlukan :
P = kW0,20905352,63330,0027Lm0,0027 0,820,82 ==
= 0,280341 Hp
maka digunakan daya standar untuk masing-masing conveyer sebesar 3/4 Hp.
Spesifikasi belt :
Lebar = 0,46 m
Kecepatan, v = 0,51 m/s
Universitas Sumatera Utara
5. Gasifier (B-401) Fungsi : membakar batubara menjadi gas produser (H2, CO, CO2, CH4, N2,
dan H2S) dengan bantuan steam dan O2.
Jenis : Fixed bed ellipsoidal
Bahan : Stainless steel, type-430F
Jumlah : 2 unit
Kondisi operasi T = 8000C
P = 13 atm
Komponen Massa (Kg/jam) Densitas
(Kg/m3)
Volume (m3/jam)
Batu bara 9479,86472 1500 6,3199
Steam 11.138,84105 6,701 1662,2655
Oksigen 2180,36889 7,01 311,0369
(1) Menentukan volume tangki
Volume total = 1.979,6223 m3/jam
Digunakan 2 buah gasifier, sehingga Volume = 3m811,9892
1.979,6223=
Waktu tinggal (t) = 1 jam.
(2) Menentukan diameter tangki
Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (Hs : D) = 3 : 2
Perbandingan tinggi elipsoidal dengan diameter tangki (Ht:D) = 2 : 4
Volume silinder = 3s2 D
83HD
4
=
Volume tutup ellipsoidal = 2D24 3
Vt = Vs + Vh
Vt = 3D24
11
Diameter tangki = m8270,83,1411
811,9892411
V2433 t =
=
Tinggi tangki = m2405,138270,823
=
Universitas Sumatera Utara
Tinggi tutup ellipsoidal = m4135,48270,842
=
Tinggi total reaktor = Hs + He = 17,654 m
(3) Menentukan tebal dinding dan tutup tangki
Allowable working stress (S) : 78.000 psi (Perry&Green, 1999)
Efisiensi sambungan (E) : 0,85 (Peters et.al.,2004)
Corrosion factor (CA) : 0,125 in/thn (Peters et.al.,2004)
Tekanan : 13 atm = 191,048 psi
Tekanan design : (1,15 x 191,048) = 219,7052 psi
Umur alat (n) : 10 thn
Tebal silinder :
(t) = AC1,2P2SEPD n+
(Peters et.al.,2004)
= (10)0,125) 219,7052(1,20,85)000.78(2
) 347,52(219,7052+
= 1,82695 in = 0,0464 m.
Dari Brownell & Young (1959) dipilih tebal dinding dan tutup tangki 1 5/8 in.
6. Kompresor Udara (G-501) Fungsi : menaikkan tekanan udara sebelum masuk ke membran pemisah
Jenis : multistage reciprocating compressor
=
1mp1).-(k
.10,782P./)1(
1
21.1
4 sNkk
vs
ppNk
(Timmerhaus,2004; hal 528)
di mana: mv.1 = laju alir (m3/jam)
p1 = tekanan masuk = 1 atm = 101,325 kPa
p2 = tekanan keluar = 13 atm = 1.317,225 kPa
= efisiensi kompresor = 80 %
k = rasio panas spesifik = 1,4027
Ns = jumlah tahapan kompresi = 3 tahap
Universitas Sumatera Utara
Data:
Laju alir massa = 9365,8488 kg/jam
campuran = 333 ftlbm0,0724
mKg1,16
3031082,05728,841
RTBMP
==
=
/detikft2031,79jamm0076,8074
kg/m1,16kg/jam9365,8488m 3
3
3v.1 ===
Hp64,1107kW969,825P
1101,325
1.317,225)jamm(8074,0076(101,325)
0,81)-(1,431,4102,78P
31)/1,4(1,4 34
==
=
Maka dipilih kompresor dengan daya 1107,64 Hp.jam.
Diameter pipa ekonomis (De) dihitung dengan persamaan :
De = 3,9 (Q) 0,45( )0,13 (Timmerhaus,1991)
De = 3,9 (79,2031 ft3/detik)0,45 (0,0724 lbm/ft3)0,13 =19,827 in
Dari Appendiks A.5 Geankoplis (1997), dipilih pipa commercial steel :
Ukuran nominal : 24 in
Schedule number : 140
Diameter Dalam (ID) : 19,876 in = 1,656 ft
Diameter Luar (OD) : 24 in = 2 ft
Inside sectional area : 2,1527 ft2 (Brownell, 1959)
7. Heater (E-601) Fungsi : memanaskan udara umpan membran
Jenis : 3-6 shell and tube
Fluida panas
Laju alir masuk (W) : 7.333,9032 Kg/jam = 16.168,5734 lb/jam Temperatur masuk (T1) : 6000C = 1.112 0F
Temperatur keluar (T2) : 3000C = 572 0F
Universitas Sumatera Utara
Fluida dingin
Laju alir masuk (w) : 9.394,4458 Kg/jam = 20.711,3159 lb/jam Temperatur masuk (t1) : 300C = 86 0F
Temperatur keluar (t2) : 4500C = 8420F
Cp udara pada 4190F : 0,25 Btu/lb0F (Kern, 1950)
Q = 86)(842,250920.711,315CpdTm = = 3.710.157,437 Btu/jam
Maka Cp steam = FBtu/lb4249,0572) -(1.112416.168,573
4373.710.157, 0=
Hot fluid Cold fluid T 1112 T tinggi 842 270 572 T rendah 86 486 540 Selisih 756 -216
LMTD =
1
2
12
lntt
tt . (Kern, 1950)
LMTD = F48,367
270486ln
270486 0=
R = 0,71429756540
ttTT
21
21 ==
S = 0,52631026540-
tTtt
11
12 =
=
Dari gambar 18 (Kern, 1950) diperoleh nilai FT = 0,89
F 327,05744 89,0 367,48t 0==
Temperatur kalorik
tC = F4642
868422
TT 021 =+=+
TC = F8422
57211122
tt 021 =+=
Universitas Sumatera Utara
Jenis pendingin shell and tube
Asumsi instalasi pipa dari tabel 9 dan tabel 10 hal 841-843 (Kern,1950):
Tube
Diameter luar (OD) : 3/4 in
BWG : 18
Pitch (PT) : 1 in. triangular pitch
Passes : 6
Panjang tube : 15 ft
1. Dari tabel 8, Kern (1950) nilai UD = 5-50 btu/jam. ft. 0F
Digunakan UD = 25 btu/jam.ft.0F
2ft403,8483480,367254373.710.157,
=
=
=tU
QAD
2. Dari tabel 10, Kern (1950) diperoleh a = 0,1963 ft2
Jumlah tube, Nt = 137,15351963,015
403,8483=
buah
Dari tabel 9, Kern (1950) didapat data yang sesuai 6 tube pass, in OD, 1 in
triangular pitch; 17,25 in shell ID, jumlah tube 172.
3. Koreksi UD
A = L.Nt.a = 15 x 172 x 0,1963 = 506,4540 ft2
UD = 19,9351367.480506,4540
4373.710.157,=
Shell side = fluida dingin
Tube side = fluida panas
Fluida panas- shell side
4. Flow area
as = 2s ft0,1497114455)7,0(117,25
PT144BC'IDa =
=
=
Kecepatan massa
2
ss lb/jam.ft08138.315,570,1497
20711.3159aWG ===
5. Viscositas fluida panas pada 464 oF
= 0,0272 x 2,4191 = 0,0658 lb/ft.jam
Universitas Sumatera Utara
Dari Fig. 28 (inset)(Kern, 1950, hal. 838) diperoleh de = 0,73 in = 0,0608 ft
Res = 06127.876,270,06588138315,5700,06083Gd ses ==
6. Dari Fig.24 (Kern, 1950;hal 834) dengan Res = 06127.876,27 diperoleh,
Jh = 320
7. Pada tC = 4640F
Cp = 0,25 Btu/lb.0F
k = 0,023185 Btu/jam. ft oF
0,8919023185,0
0,065825,0k
Cp 31
31
=
=
8. 108,77620,8919
0608,0023185,0320
sho
kc.
DekJh
sho 3
1
==
=
Fluida dingin-Tube side
4. Flow Area
Dari tabel 10 (Kern, 1950, hal. 843) diperoleh at = 0,334 in2
at = 0,06656 144334,0172
n144at'Nt
=
=
5. Laju Massa
Gt = .jamlb/ft1243170,3000,066516168,5734
atW 2==
6. Bilangan Reynold
Tube ID = 0,652 in Dt = 0,652/12 = 0,05433 ft
Pada Tc = 842 oF
air = 0,026 cp x 2,4191 = 0,0629 lb/ft.jam (Kern, 1950)
Ret = 13210.063,070,0629
1243170,30005433,0
GtDt=
=
L/D = 15/ 0,652 = 276,07362
7. Dari Fig. 24 (Kern, 1950, hal. 834) diperoleh jH = 280
8. Pada TC = 8420F
Universitas Sumatera Utara
CP = 0,127 Btu/lbOF (Kern,1950)
k = 0,113 Btu/jam. ft2 (OF/ft) (Kern,1950)
0,41348113,0
0629,061,0k
Cp 31
31
=
=
3/1
tt
i
kCp
DkjHh
=
F.ft btu/jam 240,78029 0,413480,05433
0,113 280h 2t
i O==
ODID
h
h
t
i
t
io =
209,3183475,0
652,0240,78029h
t
io ==
9. Temperature Tube Wall
F2615,593t
464)(842209,31834108,7762
108,7762464t
)t-(T/h/h
/htt
0w
w
cctioso
socw
=
+
+=
++=
untuk shell
w = 0,029655 cp x 2,42 = 0,072 lb/ ft.jam (Kern, 1950)
s = 9875,0 0,0720658,0
14,014,0
=
=
w
s
ho = 108,7762 x 0,9875 = 107.4165
untuk tube
w = 0,019 cp x 2,4191 = 0,04598 lb/ ft.jam (Kern, 1950)
t = 0448,10,04598
0629,014,014,0
=
=
w
t
hio = 209.31834 x 1,0448 = 218.6958
Universitas Sumatera Utara
10.Pressure drop
untuk shell
Pada Res = 127876,2706 diperoleh f = 0,0011 (Kern,1950, Fig. 29)
Jumlah cross
N + 1 = 12 ( L/B) = 12 (15/5) = 36
Spesifik gravity (s) = 0,98
Shell ID = 15,25 in Ds = 15,25/12 = 1,2708 ft
Ps = sde 10 22,51) (NDs Gsf
10
2
+
Ps = psi0.35449875,00,980,0608 10 22,5
364375,18138315,5700011,010
2
=
Ps< 2 psi (design diterima)
untuk tube
Untuk Ret = 210063.0713 maka dari fig 26 (Kern, 1950) f = 0,00015
Pt = t
sDt 1022,5nLGt f
10
2
Pt = psi0,673481,04480,4 0,0543 10 5,22
615 1243170,3000,0001510
2
=
2g'V2 = (fig. 27) pada Gt = 243170,3001 adalah sebesar 0.0023
psi0,138000,4
0,002364S2g
Vn4Pr
2
=
=
=
PT = Pt + Pr
= (0,67348 + 0,13800) psi = 0,81148 psi
PT 2 psi maka design dapat diterima
Karena pressure drop-nya memenuhi, maka :
Uc = 72,0351107,4165218,6958107,4165218,6958
hhhh
io0
ioo =+
=+
Btu/ hr.ft2.oF
Universitas Sumatera Utara
Rd = 0,006319,935172,035119,935172,0351
UUUU
DC
DC =
=
hr.ft2.oF/Btu
Rd ketentuan = 0,003 hr.ft2.oF/Btu (Kern, 1950, hal.840)
Rd perhitungan > Rd ketentuan, maka design dapat diterima.
8. Membran (G-502) Fungsi : memisahkan oksigen dari udara
Jumlah : 1 unit
Jenis : Air Separation unit
Data-data membran :
10==plph (Chong, 1977)
= separation factor (dimensionless)
Ketebalan membran = 0,2 mm (Geankoplis, 1993)
PA = 4,22 x 10-9 mHgscm
cm/3
3
(Kesting, 1993)
xo (fraksi mol A yang tidak terserap) = 0,005
yp (fraksi mol A terserap) = 0,95
xf (fraksi mol A pada umpan) = 0,21
pl (permeate pressure) = 13 atm = 988 cmHg
ph (reject pressure) =130 atm = 9880 cmHg
Jumlah umpan udara = 9365,8488 kg/jam
Densitas udara umpan = 33hUdara
mkg6,3047
7231082,2513028,84
RTPBM
=
=
Laju alir volumetrik (qf) = s
cm833,264.41jamm1.485,534
6,30479365,8488 33
==
Jumlah udara produk = 2.275,16753 kg/jam
Densitas udara produk = 33 kg/m488,667231025,82130414,30
=
Universitas Sumatera Utara
Laju alir volumetrik (qp) = s
cm278,505.9jamm219,34
66,48832.275,1675 33
==
Luas permukaan membran,
( )
222
9
ohplA
pp
ft9,888.82m634342,700.7cm42,343.006.77A
0,051300,95130,0002
104,229505,278A
)xpy(pt
P'yq
A
===
=
=
(Geankoplis, 1993)
Digunakan jenis polyethylene sebagai pengisi membran berbentuk flat dengan
A/V = 200 (ft-1) (Kesting, 1993)
33 m7358,11ft4445,414200
82.888,9V ===
Bulk density alathon-14 = 815,3 kg
Maka jumlah membran pengisi yang dibutuhkan = 33 kg/m15,38m11,7358
= 9.568,198 kg
9. Tangki Penyimpanan Larutan Monoetanol Amin (F-104) Fungsi : menyimpan larutan MEA untuk kebutuhan selama 1 hari.
Bentuk : silinder vertikal dengan alas datar dan tutup ellipsoidal.
Bahan : Carbon steel, SA 285 Gr. C
Jumlah : 1 unit
Kondisi Penyimpanan : - Temperatur (T) = 38 0C
- Tekanan ( P) = 1 atm = 14,696 psia
Komponen Lj Massa
(kg/jam)
% Berat
(%)
Densitas
(kg/m3)
Viskositas
(cp)
MEA 31.808,92214 45,8972 1016 2,7
Air 37.544,95728 54,1028 992,9875 0,7
Total 69.353,87942 100,0000
Universitas Sumatera Utara
(1) Menentukan volume tangki
Densitas campuran (campuran) = 1003,849 kg/m3
Volume larutan, Vl =
3
3
m1658,111
mkg1003,849
harijam24hari1
jamkg4269.353,879
=
Faktor kelonggaran (fk) = 20 %
Volume tangki, VT = (1 + 0,2) x 1658,111 m3
= 1989,7332 m3
(2) Menentukan diameter dan panjang tangki
- Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (Hs : D) = 3:2
- Perbandingan tinggi elipsoidal dengan diameter tangki (Ht:D) = 1:4
V = 41 Dt2 Hs (Hs : Dt = 3 : 2)
Vs = 83 Dt3
Volume tutup tangki (Ve)
Ve = 241
Dt3 (Brownell,1959)
Volume tangki (VT)
VT = Vs + Ve
1989,7332 = 2410 Dt3
Dt = 11,4998 m = 452,748 in
r = x 452,748 = 226,374 in
Tinggi silinder (Hs) :
Hs = 23 x Dt =
23 x 11,4998 m = 17,25 m
Tinggi head (He) : (He : Dt = 1 : 4)
He = 41 x Dt =
41 x 11,4998 m = 2,875 m
Universitas Sumatera Utara
Tinggi total tangki (Ht)
Ht = Hs + He
Ht = 17,25 + 2,875 = 20,175 m
Tinggi cairan dalam silinder (Hcs)
Vl = Vs
Vl = 41 Dt2 Hcs
1989,7332 = 41 (11,4998)2 Hcs
1989,7332 = 103,8126 Hcs
Hcs = 19,166 m
Tinggi total cairan (Hc); Hc = Hcs = 19,166 m
(3) Menentukan tebal dinding tangki
Po = 14,696 psia
Phidrostatis = gHc = (1.006,802 kg/m3)(9,8 m/s2)(19,166 m)
= 189.104,3979 Pa = 27,4273 psia
Pdesain = (1+fk)Poperasi = (1+0,2) x (14,696+27,4273) psia = 50,548 psia
Untuk bahan konstruksi Carbon steel, SA 285, Gr.C
S = 13.750 psia (Peters et.al.,2004)
Ej = 0,85 (Peters et.al.,2004)
C = 0,002 in/tahun (Perry&Green, 1999)
n = 10 tahun
Cc = 0,002 in/tahun x 10 tahun = 0,02 in
Tebal dinding tangki, tt untuk cylindrical shells :
Cc0,6PS.Ej
P.rt t += (Peters et.al.,2004)
dimana :
P = maximum allowable internal pressure
r = jari-jari tangki
S = maximum allowable working stress
Ej = joint efficiency
Cc = allowance for corrosion
Universitas Sumatera Utara
in9816,0t
10in002,0psia) 48(0,6)(50,5a)(0,85)(13.750psi
in) 374,226(psia) (50,548t
Cc0,6PS.Ej
PRt
desain
desain
desain
=
+
=
+
=
Dari Brownell & Young (1959) dipilih tebal tangki 1 in.
(4) Tebal dinding head (tutup tangki)
S = 13.750 psia (Peters et.al.,2004)
Ej = 0,85 (Peters et.al.,2004)
C = 0,002 in/tahun (Perry&Green, 1999)
n = 10 tahun
Cc = 0,002 in/tahun x 10 tahun = 0,02 in
Di = 11,4998 m = 452,748 in
Cc)(0,2P2SEDiP(dh) head Tebal +
= (Peters dan Timmerhaus, 2004)
dimana : dh = tebal dinding head (tutup tangki) (in)
P = tekanan desain (psi)
Di = diameter tangki (in)
S = stress yang diizinkan
E = efisiensi pengelasan
in 999,0(10)0,00250,548) (0,20,85)13.750(2) 452,748(50,548dh =+
=
Dipilih tebal head yang sama dengan tebal tangki yaitu = 1 in
C-2. Unit Sintesa
1. Steam Methane Reformer (R-701) Fungsi : mengkonversi CH4 menjadi CO dan H2 dengan bantuan steam
Jenis : Fixed bed ellipsoidal
Bahan : Stainless steel, type-430F
Jumlah : 1 unit
Kondisi operasi T = 8000C
P = 13 atm
Universitas Sumatera Utara
Komponen Laju alir massa
(kg/jam)
Laju alir mol
(kmol/jam)
Fraksi mol BM % mol x
BM
H2 802,9956418 401,4978209 0,39 2 0,78
CO 5188,587222 185,3066865 0,18 28 5,04
CO2 13589,15701 308,8444776 0,3 44 13,2
CH4 1647,170547 102,9481592 0,1 28 2,8
N2 576,5096915 20,58963184 0,02 28 0,56
H2S 350,0237413 10,29481592 0,01 34 0,34
Total 22154,4438536 1029,48159 100,0 22,72
(1) Menentukan volume tangki
Laju massa gas (F) = 22154,4438536 Kg/jam
Densitas gas = RT
BMP
BMcampuran = 22,72 Kg/Kmol
Densitas gas = 33 Kg/m3,354107310057,8272,2213
=
Volume gas = /jamm3798,605.63,354
853622.154,443
F 3==
Volume katalis :
Katalis yang digunakan adalah logam Nikel (Ni)(Walas, 1988).
3000 GHSV = katalisvolume
gasVolume , ft3 pada kondisi standard (250C, 1 atm)
Densitas pada STP = 33 Kg/m0,9292981005,8272,221
=
Volume gas = 3m128,034.179292,0
11175,828.15==
F
Volume air = 1,66776 m3
Volume total = 23.844,16 m3 = 842.084 ft3
Maka jumlah katalis yang digunakan adalah,
= 3ft683,2803000
048.842= = 7,94806 m3
Porositas pada reaktor fixed bed = 0,4 (Ulrich, 1984)
Universitas Sumatera Utara
Maka volume katalis = 3m2468,13)0,41
7,94806( =
Waktu tinggal () = 5,4 s (Walas, 1988)
= V/Q
V = 33
m7637,35s5,43600s
jam1jamm123842,4923 =
Volume total = 35,7637 m3
(2) Menentukan diameter tangki
Volume total = 35,7637 m3
Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (Hs : D) = 3:2
Perbandingan tinggi elipsoidal dengan diameter tangki (Ht:D) = 1:4
Volume silinder = 328
34
DHD s
=
Volume tutup ellipsoidal = 324
D
Vt = Vs + Vh
Vt = 324
11 D
Diameter tangki = m 9182,23,1411
35,76372411V24
33 t =
=
Tinggi tangki = m3773,4m2,918223
=
Tinggi tutup elipsoidal = m1,4591m9182,242
=
Tinggi total reaktor = Hs + He = 5,8364 m
(3) Menentukan tebal dinding dan tutup tangki
Allowable working stress (S) : 78.000 psi (Perry&Green, 1999)
Efisiensi sambungan (E) : 0,85 (Peters et.al.,2004)
Corrosion factor (CA) : 0,125 in/thn (Peters et.al.,2004)
Tekanan : 13 atm = 191,048 psi
Tekanan design : (1,15 x 191,048) = 219,7052 psi
Universitas Sumatera Utara
Umur alat (n) : 10 thn
Tebal silinder :
(t) = AC1,2P2SEPD n+
(Peters et.al.,2004)
= (10)0,125) 7052,219(1,20,85)000.78(2
) 114,89(219,7052+
= 1,4407 in = 0,03659 m.
Dari Brownell & Young (1959) dipilih tebal dinding dan tutup tangki1 7/16 in.
2. Expander (G-504) Fungsi : menurunkan tekanan produk Steam methane reformer sebelum
masuk ke absorber.
Jenis : single stage Expander
( )
12)(P ppmkW = (Timmerhaus, 2004, hal 530)
di mana: qfm i = laju alir (kg/s)
mv.1 = laju alir (m3/jam)
p1 = tekanan masuk = 13 atm = 1317,225 Kpa
p2 = tekanan keluar = 1 atm = 101,325 Kpa
= efisiensi kompresor = 70 %
Data:
Laju alir massa = 23822,20403 kg/jam
Laju alir (mv.1) = ikdet/ft567,62
/jamm1,6378/mkg3,375kg/jam323822,2040
3
33
=
=
campuran = 33 Kg/m735,37371082,05722,1813
RTBMP
=
=
Laju alir volumetrik (qfm i) = s
kg6173,6s/jam3600
kg/jam323822,2040=
Besarnya energi yang bisa dihasilkan oleh turbin/expander adalah :
Hp2022,19P(kW)
kW947,1507kg/m3,735
101,325)-(1317,225(6,6173)0,7P(kW) 3
=
=
=
Universitas Sumatera Utara
Diameter pipa ekonomis (De) dihitung dengan persamaan :
De = 3,9 (Q)0,45( )0,13 (Timmerhaus,1991)
= 3,9 (62,567 ft3/detik)0,45 (0,2332 lbm/ft3) 0,13 = 20,7599 in
Dipilih material pipa commercial steel 24 inci standard weight :
Diameter dalam (ID) = 20,938 in = 1,7448 ft
Diameter luar (OD) = 24 in = 2 ft
Luas penampang (A) = 2,3898 ft2 (Brownell, 1959)
3. Cooler (E-603) Fungsi : mendinginkan gas produk steam methane reformer
Jenis : 2-4 shell and tube
Fluida panas
Laju alir masuk (W) : 23822,20403 Kg/jam = 52519.2443 lb/jam
Temperatur masuk (T1) : 5000C = 932 0F
Temperatur keluar (T2) : 380C = 100,4 0F
Fluida dingin
Laju alir masuk (w) : 149450.8159 Kg/jam = 329484.3711 lb/jam
Temperatur masuk (t1) : 300C = 86 0F
Temperatur keluar (t2) : 650C = 1490F
Cp air pendingin pada 1130F : 1 Btu/lb0F (Kern, 1950)
Q = ,381120.757.515 86)(149111329.484,37dTCpm ==
Maka Cp steam = FBtu/lb 0,47528100,4)(932352.519,244
,381120.757.515 0=
Hot fluid Cold fluid T
932 T tinggi 149 783
100,4 T rendah 86 14,6
831,6 Selisih 63 758,6
LMTD =
1
2
12
lntt
tt . (Kern, 1950)
Universitas Sumatera Utara
LMTD = F192,347
14,6783ln
14,6 783 0=
R = 67,986
6,831
21
21 ==
ttTT
S = 0,07486932
63
11
12 =
=
tTtt
Dari gambar 18 (Kern, 1950) diperoleh nilai FT = 0,55
F724,10655,0044,194t 0==
Temperatur kalorik
TC = F516,22100,4932
2TT 021 =+=
+
tC = Ftt 021 5,117
286140
2=
+=
+
Tube
Diameter luar (OD) : 1 in
BWG : 16
Pitch (PT) : 1 9/16 in. square pitch
Passes : 4
Panjang tube : 30 ft
1. Dari tabel 8, Kern (1950) nilai UD = 5-50 btu/jam. ft. 0F
Digunakan UD = 48 btu/jam.ft.0F
2
D
ft3.874,4406105,79148
,114719.674.251tU
QA =
==
2. Dari tabel 10, Kern (1950) diperoleh a = 0,3271 ft2
Jumlah tube, Nt = 394,82733271,0303874,4406
=
buah
Dari tabel 9, Kern (1950) didapat data yang sesuai 4 tube pass, 1 in OD, 1 9/16 triangular pitch; 39 in shell ID, jumlah tube 425.
Universitas Sumatera Utara
3. Koreksi UD
A = L.Nt.a = 30 x 425 x 0,3271 = 4.170,5250 ft2
UD = 44,592105,7914.170,5250,114719.674.251
=
Shell side = fluida panas
Tube side = fluida dingin
Fluida panas- shell side
4. Flow area
as = 0,379216
9114416
5539
144BC' x ID
=
=
TP
Kecepatan massa
2
ss lb/jam.ft27138.512,290,3792
352.519,244aWG ===
5. Viscositas fluida panas pada 516,2oF
= = 0,0293x 2,42 = 0,0709 lb/ft.jam
Dari Fig. 28 (insert)(Kern, 1950, hal. 838) diperoleh de = 0.91 in = 0,0758 ft
Res = 22148.192,770,0709
27138.512,290758,0G x d ses ==
Dari Fig.24 (Kern, 1950;hal 834) dengan Res = 148.192,7722 diperoleh:
JH=310
6. Pada TC = 516,20F
Cp = 0,1914 Btu/lb.0F
k = 0,025291 Btu/jam. ft oF
0,8125025291,0
0709,047528,0k
Cp 31
31
=
=
7.
84,00400,81250758,0
025291,0310s
hok
c.Dek.Jh
sho 3
1
==
=
Universitas Sumatera Utara
8. Pressure drop
Pada Res = 148.192,7722 diperoleh f = 0,0013 (Kern,1950, Fig. 29)
Jumlah cross
N + 1 = 12 ( L/B) = 12 (30/7) = 51,43
Spesifik gravity (s) = 0,98
Shell ID = 39 in Ds = 39/12 = 3,2500 ft
Ps =
+sde 1022,5
1) (NDs Gsf10
2
Ps = psi0,97111066,10,980,0758 10 x 22,5
43,5125,327138.512,290013,010
2
=
Ps< 2 psi (design diterima)
Fluida dingin-Tube side
4. Flow Area
Dari tabel 10 (Kern, 1950, hal. 843) diperoleh at = 0,985 in2
at = 0,72684 144
0,7268 425n144
at'Nt=
=
5. Laju Massa
Gt = .jamlb/ft69453.348,450,