BAB IV

Universitas Muhammadiyah Palembang 94

BAB IV

TUGAS KHUSUS

“Menghitung Jumlah Panas dan Massa Steam yang Digunakan Untuk

Melelehkan Kristal Urea Pada Melter (EA-301) di Urea Plant PUSRI IV”

4.1. Latar Belakang

Melter adalah peralatan yan digunakan untuk melelehkan Kristal urea yang

berasal dari fluidizing Dryer. Kristal urea dipanaskan di melter sampai meleleh

hingga suhu keluar (Tout) 1350C. Pemanasan yang terjadi di melter

menggunakan Steam Main Low dengan tekanan 7 kg/cm2g. Adapun dari

pelelehan Kristal urea tersebut adalah:

a. Agar Kristal urea yang telah meleleh mudah dibentuk menjadi butiran-

butiran urea.

b. Untuk menghindari terjadinya pembentukan biuret seminimum mungkin.

Jika kondisi operasi temperature lebih dari 1380C akan menyebabkan

terjadinya biuret dan pada kondisi opreasi temperature kurang dari 1300C

akan menyebabkan pembutiran tidak sempurna.

4.2. Permasalahan

Dalam penyusunan laporan ini kami akan membahas permasalahan dalam

proses kinerja melter. Hal ini diambil untuk lebih memperjelas proses kinerja

melter pada urea plant P-IV dan juga penerapan teori-teori yang telah kami

dapatkan dengan aktualisasi/aplikasi di lingkungan pabrik.

Telah diketahui bahwa tujuan proses melter adalah untuk melelehkan urea,

untuk menghasilkan lelehan urea yang baik dan sesuai dengan standar maka harus

dilihat seberapa besar bahan baku yang diolah dan seberapa besar steam yang

dibutuhkan dalam proses ini agar steam tidak terganggu yaitu tidak terjadinya

pembekuan Kristal urea di vessel/pipa yang menyebabkan kebuntuan pipa pada

steam.

Laporan Kerja Praktek Departemen Operasi PUSRI-IV


Untuk memperjelas kinerja melter ini maka kami membatasi permasalahan

pada proses di melter. Pada proses pemanasan di melter akan dibahas tiga

permasalahan, yaitu:

a. Seberapa besar panas yang masuk ke melter,

b. Seberapa besar panas yang keluar dari melter,

c. Seberapa banyak steam yang digunakan di melter,

d. Seberapa besar efisiensi panas pada melter secara design dan secara data

actual.

4.3. Tujuan

Perhitungan Neraca Panas pada melter di urea plant P–IV bertujuan untuk

mengetahui seberapa besar panas yang dipakai untuk melelehkan urea menjadi

molten serta mengetahui seberapa besar steam yang digunakan di melter untuk

membandingkan neraca panas pada kondisi actual dan kondisi designnya.

4.4. Metode Pengambilan Data

Pengambilan data mencakup pengambilan data utama dan tambahan. Data

utama merupakan data yang diperoleh dari Teknik Proses Urea P–IV, hasil analisa

laboratorium dan dari panel board control room yang diambil pada tanggal 10

Juni dan tanggal 11 Juni 2014 pukul 10.00 WIB. Sedangkan data tambahan

diperoleh dari literature yang berkaitan dengan operasi di melter dan literature

yang berkaitan dengan perhitungan melter.


Q1

Q2

QSteam

QCondensate


4.5. Perhitungan

Data secara design

Aliran Komponen

Urea NH3 CO2 H2O Biuret

Inlet Kg/h 71.897 0 0 129 86

% wt 99,71 0 0 0,2 0,1

Outlet Kg/h 71.530 0 0 129 216

% wt 99,5 0 0 0,2 0,3

Diketahui : Basis 1 jam operasi

Rate = 100%

Feed masuk = 72.112 kg/h

Komposisi feed yang masuk ke melter :

Feed masuk = feed keluar : 72.112 kg/h

Temperature masuk : 740C

Temperature keluar : 1350C

Komposisi feed yang keluar dari melter :

Temperature steam : 1800C



Tekanan steam : 7 kg/cm2

Feed steam : 13,12 ton/h = 13.120 kg/h

Temperature Reference (TR) : 250C

Mol urea = = = 1.198,28 kmol

Mol H2O = = = 7,16 kmol

Mol Biuret = = = 0,83 kmol

Jadi, jumlah panas yang dibutuhkan untuk melelehkan urea (Qa) adalah:

Dimana : Qa = Panas yang dipakai (kkal)

Q1 = Panas yang masuk ke melter (kkal)

Q2 = Panas yang keluar dari melter (kkal)

Harga Q1 adalah:

1. Mencari harga Q urea:

Diketahui : Mol Urea = 1.198,28 kmol

Cp Urea (740C) = 24, 8925 kkal/kmol0C

Temperature = 740C


Qa = Q2 – Q1

Q1 = Q urea (in) + Q H2O (in) + Q Biuret (in)


Q = m . Cp . dT

= 1.198,28 kmol 24,8925 kkal/kmol0C (74 – 25)0C

= 1.461.581,06 kkal

2. Mencari panas H2O:

Diketahui : Massa H2O = 129 kg

Cp H2O (740C) = 1,00126 kkal/kg0C

Temperature = 740C

Q = m . Cp . dT

= 129 kg 1,00126 kkal/kg0C (74 – 25)0C

= 6.328,96 kkal

3. Mencari panas biuret

Diketahui : Mol biuret = 0,83 kmol

Cp biuret (740C) = 24,8925kkal/kmol0C

Temperature = 740C

Q = m . Cp . dT

= 0,83 kmol 24,8925 kkal/kmol0C (74 – 25)0C

= 1.012,37 kkal

Jadi, total Q1 adalah:

Q1 = Q urea (in) + Q H2O (in) + Q biuret (in)

= 1.461.581,06 kkal + 6.328,96 kkal + 1.012,37 kkal

= 1.468.922,39 kkal

Harga Q2 adalah:

1. Mencari harga Q urea


Q2 = Q urea (out) + Q H2O (out) + Q Biuret (out)


Diketahui : Mol urea = 1.198,28 kmol

Massa urea = 71.897 kg

Cp urea (1350C) = 28,929 kkal/kmol0C

Panas pelelehan urea ( ) = 42,1 kkal/kg

Temperature = 1350C

Q = (mol urea Cp urea dT) + (massa urea urea)

= (1.198,28 kmol 28,929 kkal/kmol0C (135 – 25)0C) +

(71.897 kg 42,1 kkal/kg)

= 6.840.018,333 kkal

2. Mencari panas H2O

Diketahui : Mol H2O = 7,16 kmol

Cp H2O (1350C) = 1,008 kkal/kmol

Panas penguapan H2O ( ) = 9,729 kkal/kmol

Temperature = 1350C

Q = (mol H2O Cp H2O dT) + (mol H2O H2O)

= (7,16 kmol 1,008 kkal/kmol0C (135 – 25)0C) +

( 6,89 kmol 9,729 kkal/kmol)

= 863,56044 kkal





Massa biuret = 86 kg

Cp biuret (1350) = 28,929 kkal/kmol0C

biuret = 42,1 kkal/kg

Temperature = 1350C

Q = (mol biuret Cp biuret dT) + (massa biuret biuret)

= (0,83 kmol 28,929 kkal/kmol0C (135 – 25)0C) +

(86 kg 42,1 kkal/kg)

= 6.261,8177 kkal



= 6.840.018,333 kkal + 863,56044 kkal + 6.261,8177 kkal

= 6.847.143,711 kkal

Dari perhitungan diatas maka dapat dihitung jumlah panas yang dipakai untuk

melelehkan urea di melter yaitu:

Qa = Q2 – Q1

= 6.847.143,711 kkal – 1.468.922,39 kkal

= 5.378.221,321 kkal

Neraca panas: dengan asumsi tidak ada panas yang hilang.

Jadi,



1. Mencari Q steam

Diketahui : massa steam = 13.120 kg/h

Hs steam pada tekanan 7 kg/cm2 dan temperature 1800C = 652,96 kkal/kg

Q steam = m . Hs

= 13.120 kg 652,96 kkal/kg

= 8.566.835,2 kkal

2. Mencari Q kondensat

Qa = Q steam – Q kondensat

Q kondensat = Q steam – Qa

= 8.566.835,2 kkal – 5.378.221,321 kkal

= 3.188.613,879 kkal

Neraca Panas total

Komponen Q in (kkal) Q out (kkal)

Urea 1.461.581,06 6.840.018,333

H2O 6.328,96 863,56044

Biuret 1.012,37 6.261,8177

Steam 8.566.835,2 –

Kondensat – 3.188.613,879

Total 10.035.757,59 10.035.757,59

Mencari efisiensi panas pada melter:


Q2 – Q1 = Q steam – Q kondensat

Qa = Q steam – Q kondensat


e = (1 – ) 100%

= (1 – ) 100%

= (1 – ) 100%

= 78,54%

Data secara actual

Tgl Produksi

Kg/h

Steam Urea 0C Kadar

H2O %

Kadar

Biuret %

Kadar

Urea %P T T in T out

10 70.291,67 7 180 70,25 136 0,37 0,48 99,60

11 71.986,66 7 181 72,08 138,08 0,39 0,46 99,63

Total 142.278,33 14 361 142,33 274,08 0,76 0,94 199,23

Rata-rata 71.139,165 7 180,5 71,165 137,04 0,38 0,47 99,615

Basis 1 jam operasi

Rate = 100%

Total feed = 71.139,165 kg/h

Komposisi feed masuk melter

Urea = 70.642,995 kg/h

H2O = 265,225 kg/h

Biuret = 230,945 kg/h



Mol urea = = = 1.177,383 kmol

Mol H2O = = = 14,734 kmol

Mol Biuret = = = 2,242 kmol

Jadi, jumlah panas yang dibutuhkan untuk melelehkan urea (Qa) adalah:

Dimana : Qa = Panas yang dipakai (kkal)

Q1 = Panas yang masuk ke melter (kkal)

Q2 = Panas yang keluar dari melter (kkal)

Harga Q1 adalah:

1. Mencari harga Q urea:

Diketahui : Mol Urea = 1.177,383 kmol

Cp Urea (700C) = 24, 8925 kkal/kmol0C

Temperature = 700C

Q = m . Cp . dT

= 1.177,383 kmol 24,8925 kkal/kmol0C (70 – 25)0C

= 1.318.860,285 kkal


Qa = Q2 – Q1

Q1 = Q urea (in) + Q H2O (in) + Q Biuret (in)



Diketahui : Massa H2O = 265,225 kg

Cp H2O (700C) = 1,00126 kkal/kg0C

Temperature = 700C

Q = m . Cp . dT

= 265,225 kg 1,00126 kkal/kg0C (70 – 25)0C

= 11.950,16326 kkal



Cp biuret (700C) = 24,8925 kkal/kmol0C

Temperature = 700C

Q = m . Cp . dT

= 2,242 kmol 24,8925 kkal/kmol0C (70 – 25)0C

= 2.511,404325 kkal


Q1 = Q urea (in) + Q H2O (in) + Q biuret (in)

= 1.318.860,285 kkal + 11.950,16326kkal + 2.511,404325 kkal

= 1.333.321,853 kkal

Harga Q2 adalah:

1. Mencari harga Q urea

Diketahui : Mol urea = 1.177,383 kmol

Massa urea = 70.642,995 kg

Cp urea (1370C) = 28,728 kkal/kmol0C




Panas pelelehan urea ( ) = 42,1 kkal/kg

Temperature = 1370C

Q = (mol urea Cp urea dT) + (massa urea urea)

= (1.177,383kmol 28,728 kkal/kmol0C (137 – 25)0C) +

(70.642,995 kg 42,1 kkal/kg)

= 6.762.342,278 kkal


Diketahui : Mol H2O = 14,734 kmol

Cp H2O (1370C) = 1,0065 kkal/kmol

Panas penguapan H2O ( ) = 9,729 kkal/kmol

Temperature = 1370C

Q = (mol H2O Cp H2O dT) + (mol H2O H2O)

= (14,734kmol 1,0065 kkal/kmol0C (137 – 25)0C) +

(14,734 kmol 9,729 kkal/kmol)

= 1.804,281438 kkal



Massa biuret = 230,728 kg

Cp biuret (1370) = 28,728 kkal/kmol0C



biuret = 42,1 kkal/kg

Temperature = 1370C

Q = (mol biuret Cp biuret dT) + (massa biuret biuret)

= (2,242 kmol 28,728 kkal/kmol0C (137 – 25)0C) +

(230,945 kg 42,1 kkal/kg)

= 16.936,50021 kkal



= 6.762.342,278 kkal + 1.804,281438kkal + 16.936,50021kkal

= 6.781.083,06kkal

Dari perhitungan di atas, maka dapat dihitung jumlah panas yang dipakai untuk

melelehkan urea di melter, yaitu:

Qa = Q2 – Q1

= 6.781.083,06 kkal – 1.333.321,853 kkal

= 5.447.761,207kkal

Neraca panas: dengan asumsi tidak ada panas yang hilang.

Diketahui : m = Massa steam yang masuk ke melter

Entalpi steam (Hs) pada 1800C = 652,96 kkal/kg

1. Mencari Q steam

Q steam – Q kondensat = Qa + Q2

= 5.447.760,955 kkal + 6.781.083,06 kkal

= 12.228.844,02 kkal

Q steam – Q kondensat = m . Hs



m =

=

= 18.728,32029 kg

Q steam = m . Hs

= 18.728,32029 kg 652,96 kkal/kg

= 12.228.844,02 kkal

Q kondensat = (Q1 + Q steam) – Q2

= (1.333.321,853 kkal/kg + 12.228.844,02 kkal)– 6.781.083,06

= 6.781.082,813 kkal

Maka, asumsi steam yang digunakan untuk melelehkan urea pada tekanan 7

kg/cm2 dan temperature 1800C adalah:

m = 18.728,32029 kg = 18,728 ton/h

Neraca panas total

Komponen Q in (kkal) Q out (kkal)

Urea

H2O

Biuret

Steam

Kondensat

1.318.860,285

11.950,16326

2.511,404325

12.228.844,02

–

6.762.342,278

1.804,281438

16.936,50021

–

6.781.082,813

Total 13.562.165,87 13.562.165,87



Mencari efisiensi panas pada melter:

e = (1 – ) 100%

= (1 – ) 100%

= (1 – ) 100%

= 80,33%

4.6. Rekomendasi

Dengan data secara actual tersebut maka didapat nilai efisiensi panas

pada melter sebesar 80,33%. Sehingga dapat direkomendasikan dengan

pihak operator bahwa kinerja yang ada pada melter itu cukup baik dan

dengan cara mengavaluasi sistem kerja pada melter maka dapat

diketahui berapa besar kemampuan melter untuk melakukan

perpindahan panas.

Untuk mejaga nilai efisiensi panas pada melter mencapai lebih dari

80,33% dapat dilakukan dengan menjaga temperature yang masuk 74oC

pada melter dan temperature keluar 175oC pada melter

Panas steam yang disuplai ke melter dijaga 180oC sehingga tidak

terbentuk biuret dan effisiensi actual tercapai 80,33%


BAB IV

Documents

Transcript of BAB IV