Appendix

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


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


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


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

=

+=

+=


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


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


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


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


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

==

=

=

=


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)


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


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)


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


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


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

=+=

=


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

=

+

+=


)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

=

+=


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

=

+

++=

+=


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

=

++

+=

+=


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.


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

=

+=

++=


Neraca panas Steam masuk 6000C (873 K) :

++=

873

11,465V

1,465

298L

873



)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

=

+

+=


)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

=

++

=


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


)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

=

+

+=


)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

==

=

++=


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


SMR

H2 CO CH4 N2 H2S T = 8000C

H2O T = 6000C

H2 CO CO2 CH4 T = 500 0C N2 H2S

13

14

15



)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

=

+

+=


)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

=

+

++=


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

=

+

=


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



)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

=

+

+=


)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 =

++=


[ ]

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


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


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

=

+

+=


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


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 :



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 =


[ ]

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


100

252

00100

252

=

=

Neraca Panas H2O:


298L =

kJ/kmol40656,2HVL =


( )

( ) ( )

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).


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 :



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


Air pendingin keluar pada T = 333 K (600C) :


)298(333104

1314,24)298333(103

1338,78

)298(333102

47,2118298)(333101,82964dTCp

333

298L

449336

2221333

298L

=

+

+=


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


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


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

=

+

+=


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

=

+

+=


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

=

+

+=


++=

513

53,486V

53,486

298VLL

513


[ ]

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 :


))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

=

=

++=


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


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) :


++=

513

53,486V

53,486

298VLL

513


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

=

++=

++=


Neraca Panas H2O :


))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


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):


)298(333104

1314,24)298333(103

1338,78

)298(333102

47,2118298)(333101,82964dTCp

333

298L

449336

2221333

298L

=

+

+=

Panas pada T = 3380C (650C)


)298(338104

1314,24)298338(103

1338,78

)298(338102

47,2118298)(338101,82964dTCp

338

298L

449336

2221338

298L

=

+

+=


Kg944,957.7F

Kmol1080,4429354,011.3-3.390,5215

9478,375.167N


=

==

=


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


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


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) :


)298(338104

1314,24)298338(103

1338,78

)298(338102

47,2118298)(338101,8297dTCp

338

298L

449336

2221338

298L

=

+

+=


Kg2237,056.121F

Kmol34576,725.6374,687-3.011,9354

56273.041,79,1318.009.449N


=

=

=

=


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


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 :


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


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


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


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

=

+

+=


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


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



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



298L =

)373(573104

20,4467)373(573

103

32,9983)373(573102

0,965064373)(57334,0471dTCp

44933

6222573

373V

+=


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

=

=

=

=


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


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)


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


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

=


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


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


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 =+=


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


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


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


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


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

=


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



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


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


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


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


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)


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


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

=

=

=


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)


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.


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

==

=


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,

Appendix

Documents

Transcript of Appendix